什么是“离子液体?


    定义阳离子为有机结构的可熔融盐,称之为“离子液体”,是“有机盐”的一个类属。

    离子液体,简称ILs(来自英文名Ionic Liquids缩写),通俗理解,“离子液体”是一类“有机盐”,由阴、阳离子所组成,默认“阳离子为有机结构”起初,研究人员得到一类室温下为液态(熔融态)的有机盐,后来把这类盐称为“离子液体”,目前,尚没有明确而有说服力的定义,我司综合“离子液体”发展史、研究、会议和应用成果,定义阳离子为有机结构的可熔融盐,称之为“离子液体”。基于此,“离子液体”应具如下特征:

  • 阳离子为有机结构,阴离子任意,言外之意,阳离子为无机结构的,不属于“离子液体”范畴

  • 可熔融,有熔点,即有液程,言外之意,加热到分解时还没熔融的,不属于“离子液体”范畴

可见,不是所有“离子液体”在常温下是液体,也就是说,常温下,离子液体不一定是液体

注:默尼化工科技(上海)有限公司综合相关研究、会议和应用给予“离子液体”定义,仅供参考


    就“离子液体”,业内学者的一些定义如下:

  • 室温离子液体(RTILs - Room Temperature Ionic Liquids),室温范围或100℃以内可呈现为液态的熔融盐

  • 使用温度下可呈现为液态的熔融盐(张锁江院士于2017年在“第四届全国离子液体与绿色过程学术会议”上给出的定义)

 

     一般而言,离子化合物熔融成液体需要很高的温度才能克服离子键作用力,熔化为液体。例如NaCl的熔点为803℃,在高温下才能成为液体。某些离子化合物的阴、阳离子体积差距很大,结构中某些取代基的不对称性使离子不能规则地堆积,结构松散,阴阳离子间的作用力小,熔点低,在室温下能以稳定液态形式存在,”离子液体“便由此而产生。


    离子液体常用术语有:

  • 离子液体 -Ionic Liquid - IL

  • 室温离子液体 - Room Temperature Ionic Liquid - RTIL

  • 熔盐 - Melten Salt - MS

  • 室温熔盐 - Romm Temperature Melten Salt - RTMS

  • 环境温度熔盐 - Ambient Temperature Melten Salt - ATMS

  • 环境温度离子液体 - Ambient Temperature Ionic Liquid - ATIL

  • 功能离子液体 - Task Specific Ionic Liquid -TSIL

  • 液态有机盐 - Liquid Organic Salt - LOS

  • 熔盐 - Fused Salt - FS

  • 新型溶剂 - Neoteric Solvent - NS

 

“离子液体”种类

    离子液体一般按照阳离子分类,阳离子的正电荷位为N、P、S为主,主要分类:咪唑、吡咯烷、吡啶、吗啉、 哌啶、季铵、季鏻、胍、...(结构如下图所示),其中,咪唑类离子液体熔点普遍较低,可选取代基较多,绝大多数常温下为液体,其他种类离子液体熔点则普遍较高,常温下为液体的可选取代基较少,多为固体形式存在,原则上说,有正电荷载体的物质都有可能制备成离子液体。

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    阴离子一般不用来分类离子液体,常见的阴离子有:

  • 卤盐:Cl-、Br-、I-、Br3-、...

  • 碱盐:OH-、CO32-、HCO3-...

  • 含F:BF4-、PF6-、FSI-、TFSI-、SbF6-、TfS-、...

  • 有O酸:Ac-、MS-...

  • 氨基酸:Lac-、Cys-、Gly-、...

  • 酯:SO-、SDd-、SHd-、PB2-、...

  • 卤化物:FeCl4-、AlCl4-、ZnCl2-、CuCl2-、...

    等等,理论上,所有阴离子都可以用来构成离子液体。


“离子液体”可设计性

    离子液体种类繁多,改变离子的不同组合,或进行有机结构改造,可以设计合成出不同的离子液体。


“离子液体”亲、疏水性

    亲水代表易溶于水,疏水代表不易溶于水。但在涂料或者塑料行业,亲水表示水分子在基材上面容易铺展开,疏水代表水分子在基材上面呈现团聚状态,譬如荷叶效应。

    离子液体亲水性、疏水性,首先由阴离子决定,一般情况,阴离子对应的K盐,不易溶于水,则其对应的离子液体多为疏水性,反之,则需要考量阳离子的作用,如果阳离子对应的Cl盐、或Br盐不易溶于水,则对应的离子液体大多也为疏水性。


“离子液体”稳定性

    离子液体稳定性受阴、阳离子双重作用,稳定性决定离子液体的适用温度范围,总结规律如下:

    1) 碱性越强,离子液体稳定性越差

    2) 阳离子稳定性:杂环<非杂环,长<短

    3) 阴离子稳定性:可参考对应Na、K、铵盐的稳定性