功能性离子液体的合成和性能研究
第34卷 第4期河南师范大学学报(自然科学版)V ol.34 N o.4 2006年11月J ournal of Henan N ormal Universit y(N atural S cience)N ov.2006 文章编号:1000-2367(2006)04-0102-04
功能性离子液体的合成和性能研究
王 军,吴国斌,杨许招,周晓微
(郑州轻工业学院材料与化工学院,郑州450002)
摘 要:通过两步法合成了系列酸性磺基咪唑离子液体,并对其结构、熔点、溶解性、吸湿性、酸性催化及循环性能分别进行了表征,发现该3-磺基丁基-1-甲基咪唑鎓?对甲苯磺酸离子液体熔点低于-15℃,有一定的吸湿性,溶于水而不溶于甲苯和丙酮,具有很好的催化及循环性能.
关键词:功能性;离子液体;合成;催化性能
中图分类号:O631 文献标识码:A
离子液体是指主要由有机阳离子和无机或有机阴离子构成、并在100℃以下呈液态的熔盐体系.它们具有种类多、不可燃、液程范围宽、蒸汽压低、电化学窗口宽、溶解性能可调等绿色化学溶剂特点,从而受到学术界和工业界的关注.20世纪80年代早期,QU ILL的K.R.Seddon教授、英国BP公司和法国的IFP等研究机构开始探索离子液体作为溶剂与催化剂的可能性,这标志着离子液体系统研究的开始[1-2].近几年来,离子液体作为一种“绿色”溶剂和催化剂的“载体”在催化和有机反应过程中发挥了独特的作用,正在受到世界各国催化界与石化企业界的接受和关注[3-4].近年来,功能性离子液体的研究成为新的热点,因为功能性离子液体除了作为溶剂以外,还具有一定的催化作用,如D.C.Forbes,J.H.Davis J r等人合成了酸性离子液体,并将其用于酯化和缩醛化反应中取得了较高的收率[5].本文对含磺酸基的咪唑离子液体进行了合成、结构表征和物化性能的测定.
1 实验部分
1.1 主要仪器及试剂
N-丁基咪唑,1,3-丙烷磺内酯,1,4-丁烷磺内酯,甲苯和对甲苯磺酸都为分析纯,未经处理直接使用.NMR测试仪,AVANCE300型;全自动滴定仪,ZDJ-4A型.
1.2 实验原理及步骤
1.2.1 离子液体的合成
(1)磺基内盐的合成:在配有温度计、磁力搅拌、滴液漏斗和冷凝管(冷凝管套有干燥管)的三颈瓶中加入N-甲基咪唑19.72g和甲苯44.24g,升温至85℃,慢慢滴入1,4-丁烷磺内酯32.74g,滴加完毕后降至室温,过滤、乙醚洗涤、烘干后得白色粉末状固体,即为磺基内盐(50.26g,收率96%).
(2)酸性磺基离子液体的合成:称量上述磺基内盐43.63g于烧瓶,将34.40g对甲苯磺酸慢慢加入,充分搅拌1h后得粘稠状液体78.04g(有吸湿现象).
收稿日期:2006-02-22
基金项目:河南省高校杰出科研人才创新工程项目(2004KYCX010)
作者简介:王 军(1961-),男,陕西凤翔人,郑州轻工业学院教授,主要从事表面活性剂的合成和应用.
1.2.2 物化性质的表征
(1)熔点:将样品放在熔点测定仪上,观察固体熔化时的温度,即为样品的熔点.
(2)吸湿性:将称量过的离子液体放在相对湿度70%的空气中,观察样品的质量变化,样品质量的增加
值即为离子液体吸收的水分质量.
(3)溶解性:在试管中加入一定量的溶剂,再加入离子液体,用玻璃棒搅拌,观察离子液体在溶剂中的溶解性.
(4)催化性能的表征:将乙酸、正丁醇、酸性离子液体和环己烷加入反应器中,在回流温度下进行反应,并取样用NaO H 标准溶液滴定酸价,从酸价变化表征催化反应的快慢.
2 结果与讨论
2.1 离子液体结构的确认
对合成得到的磺基内盐进行了重结晶提纯,将提纯的样品进行了NMR 表征.从NMR 图上的化学位移和氢原子的数目来看,其不同化学位移的归属如下
:
a (
δ=1.73609,H2),b (δ=1.76286,H2),c (δ=2.91335,H2),d (δ=3.86126,H3),e (δ=4.21816,H2),f (
δ=7.40798,H1),g (δ=7.46878,H1),h (δ=8.70869,H ).说明样品是目标产物,IR 分析也证明结构如上图所示.
在此基础上对合成的酸性磺基离子液体进行了NMR 测定,其结构如下
:
其化学位移归属如下:a (
δ=2.2320,H2),b (δ=2.2390,H2),c (δ=3.0000),d (δ=2.22191),i (δ=3.2706),f (
δ=2.2254),g (δ=1.9822,δ=1.0386,δ=1.0753),h (δ=1.9596),e (δ=1.0602)2.2 离子液体的熔点
表1 磺基内盐及酸性磺基离子液体的熔点
离子液体/磺基内盐
熔点/℃
3-磺基丁基-1-甲基咪唑鎓?对甲苯磺酸<-153-磺基丁基-1-甲基咪唑鎓232～2343-磺基丙基-1-甲基咪唑鎓204～2063-磺基丙基-1-丁基咪唑鎓
166～168
熔点是离子液体的一个重要的参数,本实验合成的离子液体在室温下是液态,因此将其放入冰箱中测定其熔点,发现3-磺基丁基-1-甲基咪唑鎓?对甲苯磺酸在-15℃时放置一周仍是液态,即其熔点是<-15℃.同时对此离子液体的母体磺基内盐的熔点亦进行了测定,结果如表1所示.
由上表可以看出,经过对甲苯磺酸处理磺基内盐生成的酸性磺基离子液体的熔点很低,而其母体磺基内盐的熔点却很高.随着磺基烷基的引入,所形成的阳离子的体积进一步增大,同时与体积比较大、结构不对称
3
01第4期 王 军等:功能性离子液体的合成和性能研究
401河南师范大学学报(自然科学版) 2006年
的对甲苯磺酸阴离子复合时,由于阳离子和阴离子体积大、离子间距离远,离子间作用力显著下降,导致熔点显著下降,这证明了Davis“随着离子液体阴阳离子体积增大以及阴阳离子尺寸的不匹配,导致离子间的距离变大而使得熔点变低”的观点[6].
2.3 离子液体在溶剂中的溶解性
酸性磺基离子液体在部分溶剂中的溶解情况见表2.
表2 酸性磺基离子液体在部分溶剂中的溶解情况
离子液体水二氯甲烷二甲基亚砜甲苯乙腈乙醇正己烷丙酮1溶不溶不溶不溶不溶不溶不溶不溶
2溶不溶不溶不溶不溶不溶不溶不溶
3溶不溶溶不溶溶不溶不溶不溶
4溶溶不溶不溶不溶溶不溶不溶
注:1:3-磺基丁基-1-甲基咪唑鎓?对甲苯磺酸;2:3-磺基丙基-1-甲基咪唑鎓?对甲苯磺酸;
3:3-磺基丙基-1-丁基咪唑鎓?对甲苯磺酸;4:3-磺基丁基-1-丁基咪唑鎓?对甲苯磺酸.
由表2可知,该系列离子液体溶于水,但不溶于甲苯、正己烷和丙酮,说明离子液体极性比较强.并且随着烷基的增长,如离子液体3和4,极性减弱,增加了在弱极性溶剂如二甲基亚砜和乙腈中的溶解度.但有些现象,如烷基为丁基的离子液体在乙醇中溶解,而烷基为甲基的离子液体反而在乙醇中不溶解,还无法从理论上给予解释.
2.4 离子液体的吸湿性
3-磺基丁基-1-甲基咪唑鎓?对甲苯磺酸离子液体在相对湿度70%空气中的吸湿情况见表3.离子液体的质量随时间增加,说明该离子液体具有一定的吸水性,5d内共吸收了0.46g水;核磁共振所采取的溶剂为H2O,其图谱仍显示出其原始结构,表明此吸附为物理吸附.
表3 离子液体的吸湿性
t/d12345
m/g37.7137.8337.9338.0638.17
2.5 催化及循环性能的表征
用3-磺基丁基-1-甲基咪唑鎓?对甲苯磺酸离子液体催化乙酸和正丁醇反应合成乙酸正丁酯,通过跟踪乙酸的残留值(酸价)来表征该催化剂的催化活性,酸价越低,催化活性越高(表4).
表4 乙酸正丁酯中酸价(mg KO H/g)的变化
t/min608095120180未加催化剂118.20//110.2096.80
酸性离子液体7.28 6.82 3.04 2.66 1.98
对甲苯磺酸/ 4.64 2.29 1.75/
由上表可知,酸性离子液体的加入加快了反应速度,说明其具有催化性能.离子液体对酯化反应的催化性能与对甲苯磺酸的催化性能相当,但对于其它有机反应(缩醛化、醚化、脱水等)的催化性能可能要比对甲苯磺酸要好,还有待验证.离子液体通过萃取回收,循环利用4次后仍具有很好的催化性能,而对甲苯磺酸无法回收再使用.
3 结 论
本实验通过两步法合成了系列酸性离子液体,对其结构、熔点、溶解性、吸湿性、酸性催化及循环性能分别进行了表征,发现3-磺基丁基-1-甲基咪唑鎓?对甲苯磺酸离子液体熔点低于-15℃,有一定的吸湿性,溶于水但不溶于甲苯和丙酮,并且具有很好的催化及循环性能,有望用于有机反应中的溶剂、萃取剂或催化剂.
参 考 文 献
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Abstract s of Papers of t he American Chemical Society ,2000,219,U724.
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Study on Synthesis and Properties of Functional Ionic Liquids
WAN G J un ,WU Guo 2bin ,YAN G Xu 2zhao ,ZHOU Xiao 2wei
(College of Material and Chemical Engineering ,Zhengzhou University of Light Industry ,Zhengzhou 450002,China )
Abstract :A series of acidic sulfo 2imidazolium ionic liquids were synthesized through a typical two 2step way ,their struc 2
ture ,melting point ,solubility in some solvents ,ability in absorbing water ,catalytic and recycle capability were characterized.For 3-sulfobutyl -1-methyl imidazolium with p 2toluene sulfonic acid ,it was found melting point below -15℃,limited a 2bility in absorbing water ,solubility in water while not in toluene and acetone ,good capability in catalyzing and recycling.
K ey w ords :f unctional ;ionic liquids ;synthesis ;catalytic performance
(上接第101页)
[11] Zhang X Y ,Fan X S ,Niu H Y ,et al.An Ionic Liquid as a Recyclable Medium for t he Green Preparation of α,α′-Bis (substituted benzyli 2
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G reen Preparation of 4-Aryl -7,7-dimethyl -5-oxo -3,4,5,6,7,8-H exahydrocoumarin in Ionic Liquids
L I Yan 2zhen 1,SU Y ong 2xiang 2,XU E Wan 2xin 1,FAN Xue 2sen 1,ZHAN G Xin 2ying 1,QU Gui 2rong 1
(1.School of Chemical and Environmental Sciences ,Henan Normal University ,Henan Key Laboratory for Environmental Pollution Cont rol ,
Xinxiang 453007,China ,2.Depart ment of Biochemistry and Environmental Engineering ,Jiaozuo University ,Jiaozuo 454003,China )
Abstract :4-Aryl -7,7-dimethyl -5-oxo -3,4,5,6,7,8-hexahydrocoumarins were synthesized through con 2
densation of the three component aldehyde ,Meldrum’s acid and 5,5-dimethyl -1,3-cyclohexanedione using ionic liquid [bmim ][BF 4]as an green medium.The method presented here has the advantages of mild condition ,simple operation ,easy i 2solation ,high yield and environmental benignity.Moreover ,the ionic liquid can be easily recycled and reused for several runs efficiently.
K ey w ords :ionic liquid ;hexahydrocoumarins ;green synthesis
5
01第4期 王 军等:功能性离子液体的合成和性能研究
离子液体
1.2.4离子液体的合成 （1）直接合成法 通过酸碱中和反应或季铵化反应一步合成离子液体,操作经济简便,没有副产物,产品易纯化。硝基乙胺离子液体可以由乙胺的水溶液与硝酸中和一步合成。 通过季铵化反应也可以一步制备出多种离子液体,如1-丁基-3-甲基咪唑盐[Bmim][CF3SO3]，[Bmim]Cl等[11]。 （2）两步合成法 如果直接法难以得到目标离子液体，就必须使用两步合成法。 首先，通过季铵化反应制备出含目标阳离子的卤盐([阳离子]X型离子液体)；然后用目标阴离子Y—置换出X—离子或加入Lewis酸MX y来得到目标离子液体。 应特别注意的是,在用目标阴离子Y—交换X—阴离子的过程中,必须尽可能地使反应进行完全,确保没有X—阴离子留在目标离子液体中,因为离子液体的纯度对于其应用和物理化学特性的表征至关重要。高纯度二元离子液体的合成通常是在离子交换器中利用离子交换树脂通过阴离子交换来制备[12]。另外,直接将Lewis酸MX y与卤盐结合,可制备[阳离子][M n X ny+1]型离子液体,如氯铝酸盐离子液体的制备就是利用这个方法[13]。 （3）微波辅助合成法 一般离子液体均在有机溶剂中加热回流制备，反应时间数小时至数十小时不等。而在微波作用下无需有机溶剂，且反应速度快、产率高，产品纯度好。微波是一种强电磁波，在微波照射下能产生热力学方法得不到的高能态原子、分子和离子，可以迅速增加反应体系中自由基或碳正离子的浓度，从能量角度分析，只要能瞬间提高反应物分子的能量，使体系中活化分子增加，就有可能增加反应速率，缩短反应时间。超声波能减小液体中悬浮粒子的尺寸，提高异相反应速率。但微波功率宜采用中低档功率较合适，若采用微波加水浴的方法效果相对较好些。 （4）超声波辅助合成法 超声波能减小液体中悬浮粒子的尺寸，提高异相反应速率。Welton等[14]采用超声波作为能量源，在密闭体系非溶剂条件下合成离子液体。他们发现卤代物
离子液体及其研究进展
正离子部分是有机阳离子，如：１－丁基－３－甲基咪唑［ｂｍｉｍ］＋，１－乙基－３－甲基咪唑［ｅｍｉｍ］＋，体积比无机离子大，因此有较低的熔点［３］。阳离子中电荷越分散，分子的对称性越低，生成化合物的熔点越低。阴离子的大小对熔点有较大的影响。大的阴离子，与阳离子的作用力小，晶体中的晶格能小。因此，易生成熔点低的化合物。 ２．２ 溶解性 离子液体的分子结构还影响它们对化合物的溶解性能。例如，［ｂｍｉｍ］＋ＢＦ－４是亲水的，而［ｂｍｉｍ］＋ＰＦ－６是疏水的，与水不互溶。选择性地溶解催化剂但与反应物和产物不溶的离子液体是很有价值的，因为这样，产物的分离简单，可节省能源。有机化合物在一些离子液体中也有一定的溶解度。 Ｂｏｎｈｏｔｅ等［３］研究了有机溶剂在离子液体［ｅｍｉｍ］＋ＣＦ３ＳＯ－３中的溶解性。二氯甲烷、四氢呋喃可与其互溶，而甲苯、二氧六环是不溶的。Ｗａｆｆｅｎｓｅｈｍｉｄｔ等［４］的研究结果表明，调节阳离子中烷基链的长短可改变溶解度。如卜辛烯在（ＭｅＥｔ３Ｎ）＋ （Ｐ－ＭｅＰｈ－ＳＯ３）－溶，但溶解在［Ｍｅ（ｎ－Ｃ６Ｈ１１）３Ｎ］＋（Ｐ－ＭｅＰｈＳＯ３）－中。 ２．３ 热稳定性［５］ 离子液体的热稳定性分别受杂原子－碳原子之间作用力和杂原子－氢键之间作用力的限制，因此与组成的阳离子和阴离子的结构和性质密切相关。例如在氧化铝上测定的多种咪唑盐离子液体的起始热分解温度大多在４００℃左右，同时也与阴阳离子的组成有很大关系。当阴离子相同时，咪唑盐阳离子２位上被烷基取代时，离子液体的起始热分解温度明显提高；而３位氮上的取代基为线型烷基时较稳定。相应的阴离子部分稳定性顺序为：ＰＦ６＞Ｂｅｔｉ＞Ｉｍ≈ＢＦ４＞Ｍｅ≈ＡｓＦ６≥Ｉ、Ｂｒ、Ｃｌ。同时，离子液体的水含量也对其热稳定性略有影响。 ２．４ 密度 离子液体的密度与阴离子和阳离子有 离子液体及其研究进展 吴清文 天津工业大学材料化工学院 ３００１６０ 前言 离子液体是由一种含氮杂环的有机阳离子和一种无机阴离子组成的盐，在室温或室温附近温度下呈液态，又称为室温离子液体、室温熔融盐、有机离子液体等。与传统的有机溶剂和电解质相比，离子液体具有一系列突出优点：（１）几乎没有蒸气压、不挥发、无色、无味；（２）有较大的稳定温度范围，较好的化学稳定性及较宽的电化学稳定电位窗口；（３）通过阴阳离子的设计可调节其对无机物、水、有机物及聚合物的溶解性，并且其酸度可调至超酸。最初的离子液体主要用于电化学研究，近年来在作为环境友好的溶剂方面有很大的潜力，故也称之为“绿色溶剂”。 １ 离子液体的组成 目前被人们关注的液体离子的种类比较多，但大体上说起来，其中的阳离子主要有以下四类［１，２］：烷基季铵离子；烷基季鳞离子：Ｎ－烷基取代吡啶离子；１，３－二烷基取代咪唑离子。阴离子则可以是ＡｌＣ１－４、ＢＦ－４、ＰＦ－４、ＣＦ３ＣＯＯ－、ＣＦ３ＳＯ－３、（ＣＦ３ＳＯ２）２Ｎ－、ＳｂＦ－等有机离子和配合物离子。 ２ 离子液体的物理化学特质 ２．１ 熔点 离子液体是低熔点的季铵、膦盐。 很大关系。比较含不同取代基咪唑阳离子的氯铝酸盐的密度发现，密度与咪唑阳离子上Ｎ－烷基链长度呈线性关系，随着有机阳离子变大，离子液体的密度变小。这样可以通过阳离子结构的轻微调整来调节离子液体的密度。阴离子对密度的影响更加明显，通常是阴离子越大，离子液体的密度也越大。因此设计不同密度的离子液体，首先选择相应的阴离子来确定大致范围，然后认真选择阳离子对密度进行微调。 ２．５ 酸碱性［６］ 离子液体的酸碱性实际上由阴离子的本质决定。将Ｌｅｗｉｓ酸如Ａ１Ｃ１３加入到离子液体［ｂｍｉｍ］Ｃ１中，当Ａ１Ｃ１３的摩尔分数ｘ（Ａ１Ｃ１３）＜０．５时，离子液体呈碱性；当ｘ（Ａ１Ｃ１３）＝０．５时，为中性，阴离子仅为Ａ１Ｃ１－４；当ｘ （Ａ１Ｃ１３）＞０．５时，随着Ａ１Ｃ１３的增加会有Ａｌ２Ｃｌ－７和Ａｌ３Ｃｌ－１０等阴离子存在，离子液体表现为强酸性。研究离子液体的酸碱性时，必须注意其“潜酸性”和“超酸性”。例如把弱碱吡咯或Ｎ、Ｎ’－二甲基苯胺加入到中性［ｂｍｉｍ］＋Ａ１Ｃ１－４中，离子液体表现出很明显的潜酸性。把无机酸溶于酸性氯铝酸盐离子液体中，可观察到离子液体的超强酸性。与传统的超酸系统相比，超酸性离子液体处理起来更安全。 综上所述离子液体具有独特的物理化学特性，而且还可以在一定程度上进行调变。但总体上讲，对离子液体的物理化学性质还了解得相对较少，这也成为今后离子液体研究的主要内容。 ３ 离子液体的合成 离子液体种类繁多，改变阳离子／阴离子的不同组合，可以设计合成出不同的离子液体。离子液体合成大体上有两种基本方法：直接合成法和两步合成法［７］ 。 ３．１ 直接合成法 通过酸碱中和反应或季铵化反应一步合成离子液体，操作经济简便，没有副产物，产品易纯化。例如，硝基乙胺离
混合动力汽车用锂离子电池的研究
作者简介: 余章华(1968-),男,湖北人,武汉大学化学与分子科学学院博士生,研究方向:电化学; 汪 莉(1978-),女,湖北人,武汉力兴电源股份有限公司工程师,研究方向:化学电源; 周运鸿(1940-),男,湖北人,武汉大学化学与分子科学学院教授,博士生导师,研究方向:电化学。?科研论文? 混合动力汽车用锂离子电池的研究 余章华1,2,汪 莉2,周运鸿1 (11武汉大学化学与分子科学学院,湖北武汉 430072; 21武汉力兴电源股份有限公司,湖北武汉 430074) 摘要:混合动力汽车电池主要特点之一是能以15C 以上的大电流放电。用扣式电池测试极片厚度、材料粒度和导电剂含量对电池放电倍率的影响;运用优化的实验参数,做成8Ah 动力电池,并测试电池性能;对8Ah 电池的功率特性进行了讨论。关键词:锂离子电池; 混合动力汽车; 高倍率 中图分类号:TM91219 文献标识码:A 文章编号:1001-1579(2005)04-0248-02 Study on Li 2ion battery for HEV YU Zhang 2hua 1,2,WAN G Li 2,ZHOU Yun 2hong 1 (11College of Chemist ry and Molecular Sciences ,W uhan U niversity ,W uhan ,Hubei 430072,China ; 21W uhan L ixing Power Sources Co 1,L td 1,W uhan ,Hubei 430074,China ) Abstract :HEV battery should be discharged at above 15C high current 1The effects of the thickness of the electrode ,the parti 2 cle sizes of the materials and the amount of the conductive carbon on the dischar ge rate were studied with the coin cell 1The 8Ah power battery was manufactured with optimized experimental parameters 1The performance of the battery was tested 1The power characteristic of the 8Ah power battery was discussed 1 K ey w ords :Li 2ion battery ; hybrid electric vehicles (HEV ); high rate 混合动力汽车主要动力源是内燃机,在启动加速和爬坡时用电池辅助,减速时通过电池回收能量,从而可以使内燃机始终在其最佳负载下工作,因此可以提高燃油的燃烧效率,同时降低油耗和减少污染气体的排放。这样,对电池的容量要求大幅度降低,但功率要求却相应提高[1]。 一般锂离子电池的最大放电倍率为3～5C ,而目前要将放电倍率提高到15C 以上,难免会有发热的问题。为了研究方便,本文作者首先采用扣式电池来研究配方和工艺对大幅减少电池发热的影响,待各方面条件优化后,再测试8Ah 电池。 1 实验 将LiCoO 2、碳黑、PVDF 按质量比93∶3∶4均匀混合,根据不同的涂覆量涂在厚度为0102mm 的铝箔上,正、反面涂覆厚度相同。将负极材料石墨、SBR (丁苯橡胶)、CMC 按质量比95∶3∶ 2混合均匀,涂覆在厚度为0102mm 的铜箔上,正、反面涂覆厚 度相同。将涂好的正、负极片放在真空干燥箱内120℃干燥8 h 。将正、负极片以卷绕方式组装成L IR2430扣式电池,注液后 封口。单体8Ah 电池壳为方形不锈钢,正、负极片按叠片方式装配。采用程控测试仪(武汉产)进行测试,环境温度为20～25℃。2 结果与讨论 211 极片厚度、导电剂和粒径的影响 将用不同厚度的极片做成的扣式电池,用20C 电流进行放电,放电曲线如图1a 。由图1a 看出:以20C 放电时,正极厚度为0106mm 的电池可放出额定容量(25mAh )的76%;正极厚度为0112mm 的电池可放出额定容量的6%;而正极厚度为0116mm 的电池基本放不出电。由此可知:极片的厚度对电池在大倍率放电时的容量有很大影响。减小极片厚度,可改善电池高倍率放电的性能。 在正极中加入不同量的导电剂(石墨)后,做成电池进行放电,放电曲线如图1b 。由此可知:在正极粉中加大导电剂的量,对大电流放电影响不大。 用不同粒径的正极材料按相同的配方和极片厚度做成扣式电池,进行放电,其放电曲线如图1c 。由图1c 可以看出:正极材料LiCoO 2的粒径为11μm 和6μm 时,电池放电容量基本相同。6μm 的放电平台稍高。212 8Ah 电池的性能 选择粒径为6μm 的LiCoO 2,导电剂含量为3%,做成厚度为0106mm 的正极片;负极采用人造石墨,电极厚度也为0106mm ,用叠片方法做成8Ah 的电池;分别用715C 和15C 倍率放电,放电结果如图2a 。电池表面温度变化如图2b 。 第35卷 第4期2005年 8月电 池 BA TTER Y BIMON THL Y Vol 135,No 14 Aug 1,2005
离子液体中含卤的无机化合物的合成及其结构表征[设计+开题+综述]
开题报告 应用化学 离子液体中含卤的无机化合物的合成及其结构表征 一、选题背景 （一）离子液体 1.离子液体简介 所谓离子液体（室温离子液体），是指在室温或接近常温时呈液态，由有机阳离子与无机或有机阴离子组成的盐。又称低温熔盐、室温熔盐[1]。 2．离子液体的应用 离子液体首先被用在有机合成中。离子液体在分离分析科学中的重要性与日俱增。离子液体在电化学方面也有着潜在的应用。 离子液体在催化领域中的应用正越来越多地引起人们的关注。在化学生产和化学研究中，绝大部分催化反应都是在溶剂中进行的。离子液体具有与传统介质截然不同的物化性质，有着可以忽略的蒸气压，是一类新型的绿色催化剂体系和反应介质。许多催化反应都可以在离子液体中或者在离子液体的催化下进行，而且通过选择合适的离子液体可以获得较普通有机溶剂更高的反应速率、更好的选择性等。 3. 离子液体的发展前景 近年来，对离子液体的研究日趋活跃，西方国家政府等有关企业均投入大量资金支持离子液体的研究。同时，离子液体也从绿色化学化工与催化领域迅速扩展到功能材料、电光与光电材料、太阳能储存、生命科学等领域。 （二）非线性光学晶体材料 1.非线性光学晶体材料概况 当光波在非线性介质中传播时，会产生非线性电极化效应，导致光波之间的非线性作用，高强度的激光所导致的光波之间的非线性作用更为显著。这种与光强有关的光学效应，称之为非线性光学效应[2]。 1961年Franken首次将红宝石（Cr3+∶ Al 2O 3 ）晶体所产生的激光束射入到 石英晶体中，实验过程中发现两束出射光，一束是原入射的红宝石激光，其波长
是694.3 nm；而另一束是新产生的紫外光，其波长是347.2 nm，频率恰好是红宝石激光频率的两倍，从而确定了它是入射光的二次谐波，这就是国际上首次发现的激光倍频效应实验。从此以后，便开辟了非线性光学及材料发展的新纪元[2]。 优良的非线性光学晶体应具有如下性质[3]： 1）晶体的非线性光学系数要大； 2）能实现相位匹配； 3）透光波段要宽； 4）晶体的激光损伤阈值要大； 5）物化性能稳定、硬度大、不潮解，温度变化带来的影响也要小； 6）可获得光学均匀的大尺寸晶体； 7）晶体的激光转换效率要高。 经过半个世纪的努力，非线性光学晶体材料的发展取得了巨大的进步，从无机非线性晶体材料到金属有机杂化非线性晶体材料。中国的科技工作者在非线性光学晶体材料的研究中也取得了国际公认的优异成绩，研制出了一批性能优良的 、等[4-6]晶体，并且已经大批量的投入非线性光学晶体材料，如BBO、LBO、BaTiO 3 生产，KDP类晶体的研究也已经达到国际先进水平，极大的提高了中国科技在国际高技术了领域的地位。 2.无机非线性光学晶体材料 非线性光学晶体材料可以分为无机非线性晶体材料，有机非线性晶体材料，半有机非线性晶体材料。到目前为止，所使用的非线性光学晶体几乎全是无机晶体。过去几十年，人们对无机非线性光学晶体在理论和应用方面已经进行了深入的研究，随着激光科学与技术的不断发展，无机非线性光学晶体材料起着越来越重要的作用。 无机非线性光学晶体按其透光波段范围来划分，可以分为以下三类： 1）从可见光到红外波段的非线性光学晶体 在可见光到红外波段内，人们对非线性光学晶体的研究得最多，其中KTiOPO4（简称KTP晶体）号称频率转换的“全能冠军”材料[7]，它具有倍频系数大，透过波段宽，损伤阈值高，转换效率高，化学稳定性好等优点。 2）紫外波段的非线性光学晶体
功能离子液体
功能离子液体的合成及其应用 刘雪琴 （武汉科技大学化学工程与技术学院，湖北武汉，430081） 摘要：离子液体作为一类新型的环境友好的“绿色溶剂”，具有很多独特的性质，在很多领域有着诱人的应用前景。由于离子液体的众多优点，人们越来越多地将离子液体作为一种可设计和修饰的功能型分子，以便从这一新型溶剂中获得更大的应用价值。本文对功能离子液体的合成及应用等方面的研究进展进行了综述。 关键词：离子液体；合成；应用；功能 Synthetic Methods and Applications for the Functionalized Ionic Liquids. Xueqin Liu (College of Science and Metallurgical Engineering, Wuhan University of Science and Technology, Wuhan 430081, China) Abstract: Ionic liquids, as a class of novel environmental benign “green solvents”that have remarkable new properties and promising applications in many fields, are receiving more and more attentions. Because of the numerous advantages of the ionic liquid, ionic liquid is widely used as a kind of functional molecules which can be designed and modified. In this paper, some recent research developments on the synthetic methods and applications of the functionalized ionic liquids. Key Words: ionic liquids; synthetize; application; function 1离子液体简介 离子液体是在室温以及相邻温度下完全由离子组成的有机液体物质。但也不是说有大量离子的液体就叫离子液体。例如无机盐如NaCl-AlCl3系的低共熔点为115℃，而CsF-2.3HF 熔点为-16.9摄氏度，他们都不是我们现在说的离子液体，因为不是有机物。其中AlCl3型离子液体较为特殊，组成不固定。但至少它的正离子是有机物，或者是有机取代的铵离子。 一般可以将离子液体分为三类：1.AlCl3型离子液。2.非AlCl3型离子液体。3.其他特殊离子液体。前两种主要区别是负离子不同，正离子主要是三类季铵:咪唑离子、砒啶离子、一般季铵离子。最稳定的是烷基取代的咪唑阳离子。 2离子液体的合成 离子液体种类繁多，改变阳离子/阴离子的不同组合，可以设计合成出不同的离子液体。一般阳离子为有机成分，并根据阳离子的不同来分类。离子液体中常见的阳离子类型有烷基铵阳离子、烷基鏻阳离子、N-烷基吡啶阳离子和N,N’-二烷基咪唑阳离子等，其中最常见
锂离子电池研究进展
华东理工大学2013—2014学年第1学期 《新能源与新材料》课程论文 2013.11 班级___复材101__ 学号__10103638__ 姓名____温乐斐_____ 开课学院材料学院任课教师张衍成绩__________
锂离子电池研究进展 温乐斐 （华东理工大学） 摘要 二次锂电池的优点是高体积、高质量比容量、长循环寿命、低放电速率，是环保型电源的理想备选之一。本文简单介绍了锂离子电池的正极材料、负极材料及电解质的种类和发展概况，并对当今锂离子电池发展所面临的问题和发展前景进行阐述。最后说明了一下其发展前途和产业化趋势。 关键词：锂电池；正极材料；负极材料；电解质；发展进程 The Research and Development of Rechargeable Lithium-ion Battery Wen Lefei (East China University of Science and Technology) Abstract The rechargeable lithium-ion battery has been extensively used in mobile communication and portable instruments due to many advantages, such as high volumetric and gravimetric energy density, long cycle life, and low self-discharge rate. In addition, it is one of the promising alternatives as the power sources. The development of researches on materials of lithium-ion battery for cathode, abode and electrolyte are introduced in this paper, at the same time lithium-ion existing problems is battery and prospects are also outlined. At last, the strategic position and some future investigating trends are also presented. Key words: Li-ion battery; cathode materials; anode materials; electrode materials; research and development; progress
离子液体的合成应用
离子液体的合成应用 摘要离子液体是在室温或室温附近温度下为液态且完全由离子构成的新型溶剂，本身具有超低的蒸气压，也被称为绿色溶剂。选择不同的阴离子和阳离子可以改变离子液体的酸性、水溶性、熔点、热稳定性等物理化学性能。本文简要介绍了室温离子液体的特性，制备方法，详细介绍了离子液体在有机反应，电化学和无机纳米材料方面的应用。 关键词室温离子液体； 特性； 合成； 有机反应； 电化学； 无机纳米材料 1 离子液体的特性 离子液体具有以下突出特性：（1）离子液体的阴、阳离子可以根据利用者的需要或设计；（2）离子液体具有蒸汽压近似等于零，不挥发，不易燃易爆，不易氧化，在300℃以下能稳定存在； （3）能够溶解许多无机盐和有机物； （4）离子液体的电化学窗口大于3V； （5）有的离子液体与一些有机溶剂不互溶，可以提供一个非水、极性可调的两相体系，在
化学分离中可以作为一个水的非共溶极性相使用； （6）有些离子液体表现出Lewis、Franklin酸性及超强酸性； （7）离子液体通常含有弱配合离子，所以具有高极化潜力而非配合能力。 2 离子液体的制备方法 离子液体种类繁多，改变阳离子／阴离子的不同组合，可以设计合成出不同的离子液体。离子液体合成大体上有两种基本方法：直接合成法和两步合成法。 2.1 直接合成法 通过酸碱中和反应或季铵化反应一步合成离子液体，操作经济简便，没有副产物，产品易纯化。如氯化1一丁基一3一甲基咪唑和氯化N一丁基吡啶的合成就是采用此方法。 2.2 两步合成法 首先通过季铵化反应制备出含目标阳离子的卤盐[（阳离子）X型离子液体) ]； 然后用目标阴离子Y一置换出X-离子或加入Lewis 酸MXy来得到目标离子液体。其中，使用金属盐一Y(常用的是AgY或NH 4Y)时，产生AgX沉淀或NH3、HX气体而容易除去；加入强质子酸HY，反应要求在低温搅拌条件下进行，然后多次水洗至中性，用有机溶剂提取离子液体，最后真空除去有机溶剂得到纯净的离子液体。 2.3 微波合成法 为了缩短合成时间，提高产率，还可采用微波法制备离子液体。如氯代N，N’一二烷基吡啶盐的合成，具体过程为：将1一甲基咪唑和1一氯丁烷放置于微波炉中，功率300W，2min内温度达到150℃，在这个温度下继续反应22min，得到的粘稠的液体，经冷却后为白色固体，用乙酸乙酯洗两次，过滤，真空干燥，产率91％。 3 离子液体的应用 3.1 在有机反应中的应用
离子液体及其应用知识分享
离子液体及其应用
离子液体及其应用 离子液体是指在室温或接近室温下呈现液态的、完全由阴阳离子所组成的盐，也称为低温熔融盐。可制成离子液体/聚合物电解质,作为双电层器和电池的电解质。如高温下的KCI, KOH呈液体状态，此时它们就是离子液体。在室温或室温附近温度下呈液态的由离子构成的物质，称为室温离子液体、室温熔融盐、有机离子液体等，目前尚无统一的名称，但倾向于简称离子液体。在离子化合物中，阴阳离子之间的作用力为库仑力，其大小与阴阳离子的电荷数量及半径有关，离子半径越大，它们之间的作用力越小，这种离子化合物的熔点就越低。某些离子化合物的阴阳离子体积很大，结构松散，导致它们之间的作用力较低，以至于熔点接近室温。 离子液体种类繁多，改变阳离子、阴离子的不同组合，可以设计合成出不同的离子液体。离子液体的合成大体上有两种基本方法：直接合成法和两步合成法。直接合成法是指通过酸碱中和反应或季胺化反应等一步合成离子液体，操作经济简便，没有副产物，产品易纯化。直接法难以得到目标离子液体，必须使用两步合成法。两步法制备离子液体的应用很多。常用的四氟硼酸盐和六氟磷酸盐类离子液体的制备通常采用两步法。首先，通过季胺化反应制备出含目标阳离子的卤盐；然后用目标阴离子置换出卤素离子或加入Lewis酸来得到目标离子液体。在第二步反应中，使用金属盐MY(常用的是AgY)，HY或NH4Y时，产生Ag盐沉淀或胺盐、HX气体容易被除去，加入强质子酸HY，反应要求在低温搅拌条件下进行，然后多次水洗至中性，用有机溶剂提取离子液体，最后真空除去有机溶剂得到纯净的离子液体。 近年来,离子液体作为一类新型的绿色介质,引起全球学术界和工业界的高度重视。离子液体的特点也越来越多的为大家所熟知。不挥发、不可燃、导电性强、室温下离子液体的粘度很大（通常比传统的有机溶剂高1~3个数量级，离子液体内部的范德华力与氢键的相互作用决定其粘度。）、热容大、
锂离子电池的正极材料的分析研究综述
锂离子电池的正极材料的研究综述 班级：********* 姓名： ******** 学号：********* 课程老师：***** 日期： *******
锂离子电池的正极材料的研究综述 摘要：本文简要介绍了锂离子电池的发展简况，并对锂离子电池的工作原理进行分析。重点综述了各类锂离子电池正极材料的研究状况和性能表征，通过比较各类材料的优缺点，对今后的进一步研究分析，提供了一个思路和纲领。最后，介绍了正极材料的近期一些研究进展，并对锂离子电池的今后发展进行了展望。希望，锂离子电池材料能够有个更大的突破。 关键词：锂离子电池；正极材料；工作原理；制备方法 1 引言 过去半个世纪内，可充电电池作为一种高效储能装置得到了迅猛的发展。而科学技术的进步则对这种储能装置的电化学性能提出了越来越多的要求。比如：集成电路技术的发展使电子仪器日趋小型化、便携化，相应地要求电池具有体积小、重量轻、比能量高的特点；空间探索技术和国防、军事装备技术的不断发展要求电池具有高的比能量和长储存寿命；环境保护意识的加强使人们对电动机车的发展日益关注，而这种电池则应有大的比能量和比功率。在众多的电池体系中，锂离子电池以其工作电压高、能量密度大和质量轻等优点倍受全球该领域的科研工作者的关注。 自1980年Goodenough等提出钻酸锂(LICoO2>作为锂充电电池的正极材料，揭开了锂离子电池发展的雏形后，锂离子电池在其后得到了飞速的发展。1990年，日本SONY公司的新型锂离子二次电池研制成功并实现商品化，进入90年代以后锂离子电池作为新一代的高效便携式能源，在无线电通讯、笔记本电脑、摄录一体化及空间技术等方面显示出广阔的应用前景和潜在的巨大经济效益，并被认为是21世纪最有潜力的新型能源。 2 锂离子电池的发展简况 2.1锂原电池 20世纪60年代发生的能源危机促进了锂原电池的的商品化。锂原电池是以Li或Li-Al合金作为负极材料的一系列电池，包括Li/MnO2、Li/I2、 Li/SOC12、Li/FeS2等。与一般的原电池相比，它具有电压高、比能量高、工作温度范围宽和放电平稳的优点，因此先后在便携式电器、心脏起搏器、军事设备、及航空航天领域得到应用。 2.2锂二次电池
离子液体的性质
离子液体的性质，改性和下一代 1：离子液体的性质，考虑到离子液体及其应用的宽泛性，很难简单的概括离子液体的性质和发展趋势。因此著者更愿意总结离子液体的不同点而不是共同点。而且前人总结的离子液体的某些性质也存在一定的争议：例如电化学窗口，热稳定的长久性（热稳定性在过去的一段时间过于看重），极性，挥发性（某些离子液体在适当的条件下会蒸发）。为什么会出现这种争议呢？这是近年来所取得的改进技术所带来的，测量手段的进步，知识的深化，以及那些能够显著影响离子液体的热物理性质的杂质量化（离子色谱仪，ICP-MS）的精确性带来的描述的准确性。就离子液体的物理-化学性质而言，实验手段的不同，数据库数据的时限性都会对其不一致性产生影响。但是，离子液体还是具有广发接受的类属性质。他们完全由离子组成（见表一）。举个例子来说，在熔点为12摄氏度的【BMI】【PF6】系列中，离子熔化时的密度是4.8mol/l。离子液体的熔化温度，人为地规定，要低于100摄氏度，离子度要高于99%。这些基本的类属性质在离子液体的书籍和数据库（例如离子液体的热性质-美国标准与技术协会编著）中都可以找到。这里不再一一详述-只在下文中讨论一些关键的具有代表性的性质。 熔点：文献中离子液体的熔点一定要谨慎对待，离子液体的熔点具有不确定性，它们能够经受超冷，而且可能存在杂质的影响。 挥发性：对于典型的离子液体，正常的沸点与它们的标准大气压下的饱和蒸汽压有关，通过实验的手段确定的饱和蒸汽压是不准确的，因为离子液体适当的低温条件下是不挥发的。尽管如此，还是有文献可循，离子液体在200-300摄氏度的情况下会蒸发，但是当压力急剧下降时，挥发的速度很低，小于0.01g/H。问题是什么样的离子是离子液体？离子液体中的离子本性可以部分解释它们气态时的蒸汽压可以忽略不记的事实，也可以把它们同常规的分子溶剂区分开来。离子度的量化是定义离子液体的指标。而这些又可以通过有效的离子浓度来代替。 阻燃性：与易挥发的有机溶剂相比，离子液体被证明有成为绿色溶剂的潜力，主要因为离子液体在环境中不易挥发而且具有阻燃性，即使是高温。其他符合条件的溶剂也在研究当中，但还没有引起足够的重视。值得一提的是，离子液体用在热源处并不是因为它的阻燃性。离子液体的活性很高。它们可以代替肼及其衍生物，作为能量的供体。 热稳定性和化学稳定性：通过热重分析仪推算的离子液体的热解温度，可以知道离子液体的热稳定性很好，一般大于350摄氏度。但是离子液体作为催化剂等使用时的热稳定的长期性却没有什么有价值的发现。带有【NTF2】-和【N(CN)2】-阴离子的磷类离子液体分解为易挥发的物质要经过明显的几部。分解的产物说明在此过程中发生过霍夫曼消去反应或者脱烷基化反应。含氮的离子液体不完全分解，而是发生碳化（氰基化合物则易于形成高分子化合物）。 导电性和电化学窗口：电导率是评价离子液体能否既做溶剂又做电解液的重要性质。离子液体表现出宽泛的电导率，0.1-20mS/cm。在高电导率的离子液体中，咪唑基类的电导率要比铵基类高。影响离子液体的电导率的因素很多，如粘度、密度、粒子大小、阴离子电荷离域效应、聚集态以及粒子运动。人们现在引用强离子对效应来解释为什么【NTF2】-基的离子液体的电导率比【BF4】-基的离子液体低。说到离子液体的电化学窗口，典型的离子液体在4.5-5V，与传统的有机溶剂相比，类似或者
离子液体的制备
一．3.1 咪唑类离子液体的制备（制备氧化锆） 3.1.1 溴化1-辛基-3-甲基咪唑（[C8mim]Br）的合成及纯化 这种离子液体的合成反应可表示为： C8H17Br + C4H6N2 → [C8mim]Br 实验步骤：在圆底烧瓶中加入100 g新蒸馏的N-甲基咪唑和300 mL三氯乙烷，在强烈搅拌下，在60℃滴加236 g新蒸馏的正溴辛烷，滴加时间超过2 h，滴加完毕后在83℃下回流约3 h，反应现象是先浑浊后变为橙黄色粘稠的液体，经分液漏斗分离出离子液体, 并用三氯乙烷洗涤数次后, 在65℃真空干燥48 h除去残余的溶剂和水，即可得到最终产品。 3.1.2 1-辛基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐（[C8mim][BF4]）的合成及纯化 该离子液体的制备反应可表示为： [C8mim]Br + NaBF4 → [C8mim][BF4] + NaBr 实验步骤：将160.6 gNaBF4溶于550 mL水中，再加入202.6 g[C8mim]Br，搅拌48 h，而后用二氯甲烷萃取，有机层多次用水洗涤，直到在被除去的水相中滴加AgNO3溶液没有黄色沉淀出现为止。先蒸去二氯甲烷溶剂，再在65℃真空干燥48 h用以除去残余的溶剂和水。 3.1.3 溴化1-十二烷基-3-甲基咪唑（[C12mim]Br）的合成及纯化 该离子液体的制备反应可表示为： C12H 25Br + C4H6N2 → [C12mim]Br 实验步骤：在圆底烧瓶中，加入75 g新蒸馏的N-甲基咪唑和250 mL三氯乙烷，在强烈搅拌下，在60℃滴加250 mL新蒸馏的正溴十二烷，滴加时间超过2 h，滴加完毕后在83℃再回流3 h，反应现象是先浑浊后变为橙黄色粘稠的液体。然后蒸出溶剂三氯乙烷，得到此离子液体极其粘稠，[C12mim]Br在65℃真空干燥48 h用以除去残余的溶剂和水。 3.1.4 十二烷基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐（[C12mim][BF4]）的合成及纯化 该离子液体的制备反应可表示为： [C12mim]Br + NaBF4 → [C12mim][BF4] + NaBr 实验步骤：将142 gNaBF4溶于600 mL水中，再加入215 g[C12mim]Br，接着搅拌48 h，而后用二氯甲烷萃取，有机层多次用水洗涤，直到在被除去的水相
以离子液体为结构导向剂合成有序超微孔二氧化硅(论文)
Ｖ０１．２９ ２００８年３月 高等学校化学学报 ＣＨＥＭＩＣＡＬＪＯＵＲＮＡＬＯＦＣＨＩＮＥＳＥＵＮＩＶＥＲＳｎｌＥＳ Ｎｏ．３ ４６５—４６７ ［研究快报］ 以离子液体为结构导向剂合成 有序超微孔二氧化硅 李尚禹２，王润伟２，万利丰２，屈学俭２，张涛２，张宗搜１，裘式纶１’２ （１．吉林大学先进技术研究院，２．化学学院，长春１３００１２） 关键词孔材料；离子液体；超微孔二氧化硅；溶胶凝胶制备；微结构 中图分类号０６１４文献标识码Ａ文章编号０２５１－０７９０（２００８）０３－０４６５－０３ 超微孔结构材料的孔径（１—２ｎｍ）介于微孔和介孔孔径之间，既摆脱了微孑Ｌ沸石材料孔径尺寸小的束缚（对于尺寸较大分子的形状选择性吸附和催化具有潜在应用），又弥补了介孔材料难以实现尺寸选择性催化的不足（主要是由于大多数催化反应的反应物和产物分子的尺寸要比介孔的孑Ｌ径小¨。１所致）．目前已报道了多种制备具有超微孔结构材料的方法，Ｚｈａｎｇ等Ｈ１报道了利用聚氧乙烯烷基胺为表面活性剂来合成具有有序的小孔道的介孔二氧化硅．Ｚｈｏｕ等∞１利用离子液体为模板通过反复制技术合成了具有高度有序的超微孔的层状二氧化硅材料．离子液体是一种有机盐，有较低的熔点、较宽范围的液相线温度以及较低的蒸气压【６】，具有作为合成无机材料新反应介质的潜质，在合成微孔材料［＿刀和介孔材料Ｍ’８，９ｏ等方面起到了很重要的作用． 本文在酸性条件下，以１．十六烷基－３一甲基溴化咪唑为表面活性剂合成了具有有序超微孔结构的二氧化硅材料，所合成的材料具有较高的比表面积和二维六方有序的孔结构，样品的孔径尺寸为１．８ｎｍ． １实验部分 １．１试剂与仪器１一十六烷基－３．．甲基溴化咪唑（Ｃ１６ＭＩＢ，Ａ．Ｒ．级，Ａｌｄｒｉｃｈ）；正硅酸乙酯（ＴＥＯＳ，Ａ．Ｒ．级，北京化工厂）；盐酸（Ａ．Ｒ．级，天津化学试剂二厂）；水为去离子水． 样品的ＸＲＤ粉末衍射数据在ＳｉｅｍｅｎｓＤ５００５型ｘ射线衍射仪［ＣｕＫａ，４０ｋＶ，３５ｍＡ，０．２。／ｍｉｎ（２ｐ）］上收集；比表面积和孔径的数据在ＡＳＡＰ２０１０Ｍ型自动比表面积及孔隙分析仪上进行采集，样品的电镜照片用日本电子３０１０透射电镜采集． １．２实验过程在酸性条件下，以Ｃ。。ＭＩＢ为表面活性剂进行合成哺Ｊ．合成方法如下：在搅拌条件下，将２．０ｇＣ１６ＭＩＢ溶解于１０ｇ水和４０ｇ２ｍｏｌ／Ｌ盐酸 溶液中，然后加入４．３ｍＬＴＥＯＳ，在４０℃下搅拌 １２ｈ后，将混合物转入内衬聚四氟乙烯的反应釜 中，在８０℃陈化２４ｈ．将产物抽滤，清洗，于室温 干燥后，以１．２ｏＣ／ｍｉｎ的升温速度从室温加热至 ６００℃，并在６００℃保持６ｈ． ２结果与讨论 ２．１粉末ＸＲＤ分析图１是煅烧前后样品的ｘ射线粉末衍射图．从图１中可以看到３个衍射峰，分别归属为（１００），（１１０）和（２００）衍射峰，ｄ值分别 ４６８１０ ２叭。） Ｆｉｇ．１ＸＲＤｐａｔｔｅｒｎｓｏｆｓｕｂ?ｍｅｓｏｓｔｒｕｅｔｕｒｅｄｓｉｌｉｃａｓｂｅ?ｆｏｒｅｃａｌｃｉｎａｔｉｏｎ（Ａ）ａｎｄａｆｔｅｒｃａｌｃｉｎａｔｉｏｎ（Ｂ） 收稿Ｅｌ期：２００７－１０—１８。 基金项目：吉林省杰出青年基金（批准号：２００５０１０９）和国家自然科学基金（批准号：２０７４１００１）资助联系人简介：张宗搜，男，教授，主要从事无机合成化学研究．Ｅ－ｍａｉｌ：ｒｗｗａｎｇ＠ｍａｉｌ．ｊｌｕ．ｅｄｕ．ｃａ
2010-离子液体在分离领域的研究进展
中国科学: 化学 2010年第40卷第10期: 1487 ~ 1495 SCIENTIA SINICA Chimica https://www.wendangku.net/doc/cf6202480.html, https://www.wendangku.net/doc/cf6202480.html, 《中国科学》杂志社SCIENCE CHINA PRESS 评述 离子液体在分离领域的研究进展 韩彬①②, 张丽华②*, 梁振②, 屈锋①, 邓玉林①, 张玉奎② ①北京理工大学生命学院, 北京 100081 ②中国科学院分离分析化学重点实验室; 中国科学院大连化学物理研究所国家色谱研究分析中心, 大连 116023 *通讯作者, E-mail: lihuazhang@https://www.wendangku.net/doc/cf6202480.html, 收稿日期: 2009-11-23; 接受日期: 2009-12-15 摘要室温离子液体, 又称离子液体, 是一种在室温及接近室温的环境中完全以离子状态存在的液态物质. 由于其具有不可燃、蒸汽压极低、黏度大、导电性和溶解能力好、高温稳定等特点, 已被广泛应用于有机合成、催化、电化学、分析化学等领域. 本文侧重介绍离子液体在样品预处理、毛细管电泳、高效液相色谱、气相色谱、质谱等分离领域的最新研究进展, 并对其发展方向进行了展望. 关键词 离子液体样品预处理色谱 分离 1 引言 室温离子液体(room temperature ionic liquids, RTILs), 又称离子液体(ionic liquids, ILs), 是一种在室温及接近室温的情况下完全以离子状态存在的液体. 由一个不对称的大体积阳离子和小体积阴离子组成. 如图1所示, 阳离子主要有咪唑型、吡啶型、季铵型等, 阴离子主要有卤素、四氟硼酸根、六氟磷酸根等. 理论上, 离子液体可由不同的阴阳离子任意组合, 数目庞大. 它们的极性、疏水或亲水性、溶解度、熔点等物理化学性质不仅与阳离子和阳离子的取代基相关, 而且也与阴离子的大小和极性有重要关系[1].因此可以通过阴阳离子的组合或基团修饰来调节上述性质 . 离子液体具有一些传统有机和无机化学试剂不可比拟的优点, 如蒸汽压极低、不易挥发、黏度大、不可燃、导电性和溶解能力好、高温稳定、电化学窗口较宽等[2]. 早期的离子液体研究主要集中在氯化铝型离子液体, 但此类离子液体遇湿敏感, 易产生氯化氢气体, 腐蚀性强. 后来发展了咪唑型、吡啶型等离子液体[3], 应用研究领域扩展到催化合成[4]、电化学[5]、生物传感器[6]、分析化学[7~11]等领域. 图1 离子液体的主要阳离子和阴离子组成示意图 国内外学者曾对2008年以前的离子液体在毛细管电泳[7]、液相色谱[8]、色谱及电迁移技术[9]、分离技术中的应用[10]以及咪唑类离子液体在分析化学中的应用[11]等诸多方面进行了相关综述, 而有关近期离子液体在样品预处理、色谱、质谱等分离领域较为全面的综述尚未见报道. 本文侧重于对离子液体在分离领域中的最新研究进展进行综述. 2 样品预处理 样品预处理是对复杂样品中目标分析物进行提取、浓缩富集、基团保护等的物理化学过程, 它能够改善后续的分离分析和检测结果. 因此对于目标分析物的鉴定、验证和量化分析都至关重要[12].
锂离子电池性能影响因素分析及其改进方法研究
云南大学学报(自然科学版),2007,29(S1):237～242CN53-1045/N ISSN0258-7971 Journal of Yunnan U niversity Ξ锂离子电池性能影响因素分析及其改进方法研究 王晋鹏,胡欲立 (西北工业大学航海学院,陕西西安 710072) 摘要:如何提高锂离子电池的性能已经成为锂离子电池开发研究中的一个热点问题.介绍分析了影响锂离子电池性能的几种因素,讨论了几种改善锂离子电池性能的方法,有助于采取相应措施来提高锂离子电池的性 能. 关键词:锂离子电池;性能;影响因素;改进方法 中图分类号:TM912.9 文献标识码:A 文章编号:0258-7971(2007)S1-0237-06 锂离子电池是继镍氢电池之后的新一代绿色高能可充电电池,具有电压高、体积小、比能量高、循环性能好、自放电小、无记忆效应、无污染等突出优点,近10a来得到了飞速的发展,已在二次电池市场中与镍镉电池,镍氢电池呈三足鼎立之势,并且其市场份额仍在不断扩大.锂离子电池以其卓越的性价比优势在笔记本电脑、移动电话、武器装备等领域占据了主导地位,被认为是21世纪对国民经济和人民生活具有重要意义的高科技产品[1]. 随着锂离子电池在各个领域的大量应用,对锂离子电池的性能要求越来越高,如何提高锂离子电池的性能已经成为锂离子电池开发研究中的一个热点问题[2].影响锂离子电池性能的因素是多种多样的,本文分析介绍了影响锂离子电池性能的主要因素,并介绍了改善锂离子电池性能的几种方法. 1 影响锂离子电池性能的主要因素 影响锂离子电池性能的主要因素包括:正负极材料的选择、电解质的选择、隔膜的选择以及电池的结构和尺寸. 1.1 正极材料的选择 正极材料是锂离子电池中Li+的“贮存库”.在充电时锂离子从正极脱出嵌入负极,放电时锂离子从负极脱出插入正极材料中.作为锂离子电池正极材料要求具有以下性能[3]: (1)具有较高的氧化还原电位,从而使电池的输出电压高; (2)电极中大量的锂能够发生可逆嵌入和脱嵌以得到高容量; (3)在整个嵌入/脱嵌过程中,锂的嵌入和脱嵌应可逆且主体结构没有或很少发生变化,这样可确保良好的循环性能; (4)氧化还原电位的变化应尽可能少,这样电池的电压不会发生显著变化,可保持平稳的充电和放电; (5)具有较好的电子导电率和离子导电率,这样可减少极化,并能进行大电流充放电; (6)电极在整个电压范围内化学稳定性好,不与电解质等发生反应; (7)锂离子在电极材料中有较大的扩散系数,便于快速充放电; (8)具有良好的热稳定性; (9)从实用角度而言,电极材料应该便宜,对环境无污染. 理论上具有层状结构和尖晶石结构的材料都可用作锂离子电池的正极材料,但由于制备工艺上存在困难,目前所应用的正极材料仍然是钴、镍、锰、钒和铁的氧化物,如:LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4 Ξ收稿日期:2007-03-20 作者简介:王晋鹏(1982- ),男,山西人,硕士生,主要从事锂离子电池的热分析方面的研究.