第一章　绪论

第一节　离子液体种类和性质

离子液体是在室温或室温附近呈液体状态的盐类物质，通常由有机阳离子和有机或无机阴离子组成。1914年科学家报道了第一个性质符合此定义的离子液体硝基乙胺（EtNH3NO3）。后来Huley等首次合成了室温下的离子液体溴代正丁基吡啶和氯化铝的混合物，但是由于AlCl3类离子液体在水溶液中不能稳定存在，因此影响了它的进一步应用，这导致了离子液体的研究发展较缓慢。1992年Wikes领导的研究小组首次合成了低熔点、抗水解、稳定性强的1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体（EmimBF4），从此离子液体的研究得以迅猛发展，研究的热点也从最初的AlCl3类离子液体逐步转向耐水性离子液体。近年来，室温离子液体的研究得到了世界各国科学家前所未有的关注，功能化离子液体也越来越受到关注。离子液体的应用领域从最初的电化学研究，向环境友好的催化剂和绿色反应溶剂方向发展，并被广泛地应用于有机合成、萃取分离、电化学、先进功能材料等领域。

一、离子液体的种类

离子液体中的有机阳离子主要是含氮、硫、磷的阳离子，包括烷基铵类、咪唑类和烷基吡啶类等，如图1-1所示。

具有不同阳离子结构的离子液体的性能差别很大，因此以不同结构的阳离子组合或设计具有不同侧链的有机阳离子，可得到性能各异的离子液体。组成离子液体的阴离子主要有：X-（Cl-、Br-、I-）、BF4-、PF6-、N（CF3SO2）2-、CF3SO3-等。离子液体的种类理论上可达上亿种，选择不同结构的有机阳离子和有机或无机阴离子相结合，可以得到不同种类的离子液体，但目前已经合成出来的离子液体还只有数百种。类理论上可达上亿种，选择不同结构的有机阳离子和有机或无机阴离子相结合，可以得到不同种类的离子液体，但目前已经合成出来的离子液体还只有数百种。

二、离子液体的性质

离子液体的性质与构成离子液体的阴、阳离子的结构密切相关，具有不同结构的离子液体表现各不相同的熔点、密度、黏度、导电性、热稳定性。表1-1给出了一些常见离子液体的熔点、密度、溶解度和电导率。

表1-1　一些常见离子液体的熔点、密度、溶解度和电导率

离子液体有机阳离子的大小和形状对离子液体的熔点影响很大，具有结构对称阳离子的离子液体熔点较高，阳离子分子尺寸越大离子液体的熔点越低，阳离子的烷基侧链越长熔点越低。当有机阳离子相同时，阴离子体积越大熔点越高，阴离子为卤素时的离子液体熔点较高，在室温下一般为固体。

离子液体的密度一般为1.1～1.6g/cm3，当离子液体的阴离子相同时，随着阳离子烷基侧链的增长，离子液体的密度降低。对于具有相同阳离子的离子液体，其密度随阴离子不同发生改变，含有较大、配合能力较弱的阴离子的离子液体密度相对较高。

离子液体的阴、阳离子的种类及结合方式等都对离子液体的黏度有很大影响。阳离子结构是影响离子液体黏度的一个主要因素，阳离子的烷基侧链增长或结构对称性增大均导致离子液体黏度增大，这主要是由于离子间的范德瓦耳斯力或氢键作用得到加强的结果。阴离子的结构对离子液体的黏度也有明显影响，阴离子对称性越高，相应的离子液体黏度也越大。

影响离子液体电导性的因素主要有黏度、液体密度、离子大小、离解度等。离子液体的氧化电位与阴离子有关，还原电位与阳离子有关，离子液体具有较宽的电化学窗口，大部分离子液体的电化学窗口一般为4V左右。

与常用的有机溶剂相比，室温离子液体具有如下特点：液体状态温度范围宽，从室温到300℃均具有良好的物理和化学稳定性；蒸汽压低，不挥发，不易燃、易爆，不易氧化，在300℃以下能稳定存在；具有较大的极性，黏度低，密度大；电化学稳定，有较宽的电化学窗口。