室温离子液体的合成及应用

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本文合成了N-烷基吡啶类和N-甲基咪唑类室温离子液体。测定了他们的电化学窗口和电导率,为下一步离子液体在电解活泼金属和电镀领域的应用奠定了基础。 首先利用1-氯丁烷与吡啶或1-甲基咪唑反应合成了作为室温离子液体中间体的氯化N-正丁基吡啶(BPC)、氯化1-甲基-3-丁基咪唑([bmim]Cl)。AlCl3和BPC按摩尔比为2:1、1:1和0.8:1可以分别合成酸性、中性和碱性室温离子液体;利用BPC与NH4BF4,[bmim]Cl与NH4BF4或KHSO4在乙腈中的复分解反应,合成了四氟硼酸N-正丁基吡啶(BPBF4)、四氟硼酸1-甲基-3-丁基咪唑([bmim]BF4)和硫酸氢盐1-甲基-3-丁基咪唑([bmim][HSO4])三种室温离子液体。通过核磁共振氢谱(1H NMR)、拉曼光谱(Raman)和红外光谱(IR)手段对合成产物的化学结构进行了表征,证明了合成物分别是BPC、[bmim]Cl、AlCl3-BPC、BPBF4、[bmim]BF4和[bmim][HSO4]。 利用循环伏安法测定了室温离子液体的电化学窗口。酸性、中性和碱性AlCl3-BPC、BPBF4、[bmim]BF4和[bmim][HSO4]离子液体的电化学窗口分别为3.4V、4.0V、2.25V、3.1V、2.2V和2.2V,它们的电化学窗口都比较宽,且大于水的电化学窗口(1.229V),因而许多不能通过水溶液电解得到的活泼金属如铝一等,可以通过含有相应金属元素的离子液体电解得到。 测定了酸性、中性和碱性AlCl3-BPC、BPBF4、[bmim]BF4和[bmim][HSO4]离子液体的电导率,结果表明每种离子液体的电导率均随着温度的升高而增大,电导率大小顺序依次为Ka>Kb>Kc>Kd>Ke>K>f,其中Ka,Kb,kc,Kd,Ke和Kf分别为[bmim]BF4、BPBF4、酸性、碱性、中性AlCl3-BPC和[bmim][HSO4]室温离子液体的电导率。并且每种离子液体的电导率对数与温度倒数的关系呈线性关系,满足Arrhenius方程。 测定了BPBF4、[bmim]BF4和[bmim][HSO4]三种室温离子液体在22℃时
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