馬鳳雨

摘 要：近年來(lái)，由于實(shí)際應(yīng)用的需要，傳統(tǒng)的水熱合成技術(shù)已經(jīng)不能滿足實(shí)際生產(chǎn)生活的需要，材料需要迫切需要尋找一種新的材料合成方法，離子液體作為一種新的溶劑可以滿足材料學(xué)家的需要，并且在晶體合成的領(lǐng)域得到了應(yīng)用并具有深遠(yuǎn)的意義。

關(guān)鍵詞：溶劑熱合成；離子液體；晶體

1 材料的合成技術(shù)簡(jiǎn)介

1.1 水熱合成

水熱合成技術(shù)在無(wú)機(jī)合成領(lǐng)域有著重要的地位，在1862年，S·C·DeviUe的實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)在歷史上第一次采用水熱法合成沸石。著名科學(xué)家Barrer和Milton采用水熱合成技術(shù)在沸石研究領(lǐng)域開拓性的工作被稱為沸石科學(xué)之父[1]。通常水熱合成是以水為介質(zhì)，在封閉的容器中進(jìn)行，以水的自生壓力并且在一定溫度下進(jìn)行的反應(yīng)，其溫度一般在110～260°C。

在水熱反應(yīng)的條件下，水的一些性質(zhì)都會(huì)發(fā)生變化，如蒸汽壓上升、黏度下降、擴(kuò)散系數(shù)增大、離子積增大、介電常數(shù)和表面張力下降等，由于較常溫常壓下液體的黏度，水熱液體的數(shù)量級(jí)降低2個(gè)，在有效的擴(kuò)散條件下，水熱晶體的生長(zhǎng)速率更高。

1.2 溶劑熱合成

由于新材料合成技術(shù)的研究被不斷地深入，材料學(xué)家發(fā)現(xiàn)合成反應(yīng)的溶劑并不是只有水一種，金屬鹽類、有機(jī)胺在水中可以溶解，在非水介質(zhì)中也能溶解，并且在這些溶劑中，一些新穎的功能材料已經(jīng)被合成出來(lái)[2-4]。所謂的非水體系，就是除了水以外的其他溶劑，也包括其他溶劑和水的混合溶劑，合成體系中粒子的運(yùn)輸被這些溶劑的極性、接受和供給電子對(duì)的能力、溶劑軟硬程度、黏度等方面影響著。因此只要條件適合，在非水溶劑中同樣可以合成出新材料。

由于水和非水溶劑區(qū)別，一些組分在某些方面發(fā)生較大的變化，如黏度、介電常數(shù)、酸和堿的緩沖能力等。因?yàn)橛袡C(jī)溶劑在官能團(tuán)上的差別，以及在沸點(diǎn)和黏度等方面的區(qū)別，使得產(chǎn)物合成路線和合結(jié)構(gòu)的多樣性方面有所增加，有機(jī)溶劑和水在極性和溶劑化能力上存在較大的差異，在合成反應(yīng)中由于反應(yīng)介質(zhì)的不同，一起成鍵能力的強(qiáng)弱區(qū)別，基于以上的特點(diǎn)與水熱合成條件相比，科研工作者得到了許多新的化合物。

以上事實(shí)已經(jīng)證明由于非水溶劑的一些特點(diǎn)，使得中間介穩(wěn)態(tài)以及特殊物相較易形成，從而能夠得到一系列特種介穩(wěn)結(jié)構(gòu)、特種凝聚態(tài)和集聚態(tài)的新材料。

1.3 離子液體簡(jiǎn)介

離子液體（ionic liquids）是指全部由離子構(gòu)成的液體，在室溫或室溫附近溫度下呈液態(tài)的由離子構(gòu)成的物質(zhì)，稱為室溫離子液體、室溫熔融鹽、有機(jī)離子液體等，目前尚無(wú)統(tǒng)一的名稱，但傾向于簡(jiǎn)稱離子液體，他們一般是由有機(jī)的陽(yáng)離子和無(wú)機(jī)陰離子組成，由于陰陽(yáng)離子之間的作用力為庫(kù)侖力，由于離子液體中陰陽(yáng)離子半徑較大，導(dǎo)致它們之間的作用力越小，離子化合物的熔點(diǎn)就越低。離子液體中陰陽(yáng)離子體積越大，結(jié)構(gòu)越松散，它們之間的作用力較低，以至于熔點(diǎn)接近室溫。在綠色化學(xué)的框架的基礎(chǔ)上，離子液體作為新型的介質(zhì)、材料迅速地發(fā)展起來(lái)。

2 離子液體的性質(zhì)

物質(zhì)的性質(zhì)受其結(jié)構(gòu)的影響，在室溫的條件下，離子液體以液態(tài)的形式存在，主要是由其結(jié)構(gòu)決定的。

2.1 熔點(diǎn)：目前對(duì)影響離子液體熔點(diǎn)因素還不是很明確，一般而言，當(dāng)陽(yáng)離子相同時(shí)，陰離子半徑越大，陰、陽(yáng)離子的作用力減弱，物質(zhì)的晶格能減小，化合物的熔點(diǎn)能降低。通常，Cl->NO2>NO3>AlCl4>BF4->CF3SO3>CF3CO2。

2.2 溶解性：大部分的離子液體都有很好的溶解性，這個(gè)性能同樣與其陰、陽(yáng)離子密不可分。陽(yáng)離子的非極性越大，對(duì)應(yīng)的溶解性也會(huì)增大；陰離子對(duì)離子液體溶解性的影響可通過(guò)水在離子液體中的溶解性來(lái)看。

2.3 熱穩(wěn)定性：主要有兩方面影響離子液體的熱穩(wěn)定性：1）雜原子與碳原子之間的作用力；2）雜原子與氫原子之間的作用。陰離子半徑越大，熱穩(wěn)定性溫度越高，當(dāng)陽(yáng)離子烷基鏈的增加時(shí)，其熱穩(wěn)定性溫度也會(huì)增加。例如：[emim]BF4 （[emim]指1-乙基-3-甲基咪唑陽(yáng)離子） 在300℃的時(shí)候仍然能穩(wěn)定存在。離子液體與很多有機(jī)溶劑和水相比，具有更為寬闊的穩(wěn)定液態(tài)溫度范圍，使得離子液體應(yīng)用更為廣泛。

2.4 酸堿性： 陰離子本身決定了離子液體的酸堿性。由BF4-、PF6-、NO3-、ClO4-等構(gòu)成的離子液體，在通常的情況下為中性。但是，陰離子的含量也會(huì)影響酸堿性，如： AlCl3和[Bmim]Cl混合時(shí)，不同的摩爾比酸性不同。

3 離子液體中晶體的合成

有機(jī)—無(wú)機(jī)雜化材料的合成中，機(jī)分子作為一組分被引入無(wú)機(jī)物結(jié)構(gòu)中，進(jìn)而可以增加材料結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性、功能的先進(jìn)性。這類材料的特點(diǎn)是有機(jī)組分在控制無(wú)機(jī)物生長(zhǎng)中起著重要作用，無(wú)機(jī)物的微結(jié)構(gòu)因?yàn)橛袡C(jī)組分的存在而改變。目前有機(jī)—無(wú)機(jī)雜化材料的發(fā)展趨勢(shì)是從熱力學(xué)控制向動(dòng)力學(xué)控制轉(zhuǎn)移，這使得平衡相產(chǎn)物被結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜的介穩(wěn)相產(chǎn)物所代替。 離子液體由于其獨(dú)具的性質(zhì)特點(diǎn)，可能比水和醇類更適合作為合成某些低維化合物的介質(zhì)，因?yàn)樗鼈冊(cè)陔x子液體中的溶解度不是很小，且由于在其中的氧化還原性質(zhì)發(fā)生了某些變化，不會(huì)發(fā)生明顯的水解反應(yīng)等可能，是合成這些化合物的合適介質(zhì)，是水不可比擬的。

在離子液體中有效地合成晶體材料的新方法，進(jìn)一步推動(dòng)了溶劑熱合成技術(shù)在晶體工程中的發(fā)展。在晶體材料的合成發(fā)展研究中，離子液體是一種非常有發(fā)展前景的溶劑。以離子液體作為溶劑，能夠給予晶體生長(zhǎng)一種新的環(huán)境環(huán)境，通過(guò)控制合成條件，考慮分子中可能存在的作用力、金屬配位和分子識(shí)別等因素，可能達(dá)到控制自聚和控制結(jié)構(gòu)的目的。離子液體作為反映介質(zhì)在晶體合成中的應(yīng)用，能夠合成出傳統(tǒng)溶劑條件下得不到的材料，對(duì)于開拓新的材料合成領(lǐng)域有著重要的意義。

參考文獻(xiàn)

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