第一章　緒論

第一節　離子液體種類和性質

離子液體是在室溫或室溫附近呈液體狀態的鹽類物質，通常由有機陽離子和有機或無機陰離子組成。1914年科學家報道了第一個性質符合此定義的離子液體硝基乙胺（EtNH3NO3）。后來Huley等首次合成了室溫下的離子液體溴代正丁基吡啶和氯化鋁的混合物，但是由于AlCl3類離子液體在水溶液中不能穩定存在，因此影響了它的進一步應用，這導致了離子液體的研究發展較緩慢。1992年Wikes領導的研究小組首次合成了低熔點、抗水解、穩定性強的1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽離子液體（EmimBF4），從此離子液體的研究得以迅猛發展，研究的熱點也從最初的AlCl3類離子液體逐步轉向耐水性離子液體。近年來，室溫離子液體的研究得到了世界各國科學家前所未有的關注，功能化離子液體也越來越受到關注。離子液體的應用領域從最初的電化學研究，向環境友好的催化劑和綠色反應溶劑方向發展，并被廣泛地應用于有機合成、萃取分離、電化學、先進功能材料等領域。

一、離子液體的種類

離子液體中的有機陽離子主要是含氮、硫、磷的陽離子，包括烷基銨類、咪唑類和烷基吡啶類等，如圖1-1所示。

具有不同陽離子結構的離子液體的性能差別很大，因此以不同結構的陽離子組合或設計具有不同側鏈的有機陽離子，可得到性能各異的離子液體。組成離子液體的陰離子主要有：X-（Cl-、Br-、I-）、BF4-、PF6-、N（CF3SO2）2-、CF3SO3-等。離子液體的種類理論上可達上億種，選擇不同結構的有機陽離子和有機或無機陰離子相結合，可以得到不同種類的離子液體，但目前已經合成出來的離子液體還只有數百種。類理論上可達上億種，選擇不同結構的有機陽離子和有機或無機陰離子相結合，可以得到不同種類的離子液體，但目前已經合成出來的離子液體還只有數百種。

二、離子液體的性質

離子液體的性質與構成離子液體的陰、陽離子的結構密切相關，具有不同結構的離子液體表現各不相同的熔點、密度、黏度、導電性、熱穩定性。表1-1給出了一些常見離子液體的熔點、密度、溶解度和電導率。

表1-1　一些常見離子液體的熔點、密度、溶解度和電導率

離子液體有機陽離子的大小和形狀對離子液體的熔點影響很大，具有結構對稱陽離子的離子液體熔點較高，陽離子分子尺寸越大離子液體的熔點越低，陽離子的烷基側鏈越長熔點越低。當有機陽離子相同時，陰離子體積越大熔點越高，陰離子為鹵素時的離子液體熔點較高，在室溫下一般為固體。

離子液體的密度一般為1.1～1.6g/cm3，當離子液體的陰離子相同時，隨著陽離子烷基側鏈的增長，離子液體的密度降低。對于具有相同陽離子的離子液體，其密度隨陰離子不同發生改變，含有較大、配合能力較弱的陰離子的離子液體密度相對較高。

離子液體的陰、陽離子的種類及結合方式等都對離子液體的黏度有很大影響。陽離子結構是影響離子液體黏度的一個主要因素，陽離子的烷基側鏈增長或結構對稱性增大均導致離子液體黏度增大，這主要是由于離子間的范德瓦耳斯力或氫鍵作用得到加強的結果。陰離子的結構對離子液體的黏度也有明顯影響，陰離子對稱性越高，相應的離子液體黏度也越大。

影響離子液體電導性的因素主要有黏度、液體密度、離子大小、離解度等。離子液體的氧化電位與陰離子有關，還原電位與陽離子有關，離子液體具有較寬的電化學窗口，大部分離子液體的電化學窗口一般為4V左右。

與常用的有機溶劑相比，室溫離子液體具有如下特點：液體狀態溫度范圍寬，從室溫到300℃均具有良好的物理和化學穩定性；蒸汽壓低，不揮發，不易燃、易爆，不易氧化，在300℃以下能穩定存在；具有較大的極性，黏度低，密度大；電化學穩定，有較寬的電化學窗口。