功能化离子液体材料研究系列进展
中国科学院兰州化学物理研究所绿色化学与催化中心在功能化离子液体材料研究方面取得系列进展。
该中心的研究人员利用传统的无机碳硼烷材料进行阴离子功能化并和有机阳离子进行有效组合，获得了一系列室温下为液体的碳硼烷衍生的室温离子液体材料。该类离子液体利用醚基的强柔韧性，提高了刚性碳硼烷类化合物的熔化熵，降低了熔点。比如，纯碳硼烷在室温下为固体、易升华，经过离子改性后得到了透明的粘度较小的液体（图1），挥发性大大降低。此类化合物既保留了碳硼烷化合物的硼簇结构，又结合了离子液体的特殊性质，使得这类物质在临床硼中子俘获治疗过程（BNCT）及在核反应堆处理过程中降低中子反应速度有潜在的应用价值。此外，在氮气氛下经过高温煅烧后，可以获得有趣的中空结构的新型多孔硼碳材料。这一研究结果最近发表在Eur. J. Inorg. Chem. (2011, 12, 1910-1920) 上。
图1 邻碳硼烷离子改性后得到透明的液体及其煅烧后得到的大孔材料
进一步地，研究人员利用“离子液体改性材料”的理念，设计并合成了一系列离子液体改性的有机染料。该类离子型功能染料相比于传统的有机染料（比如：甲基橙，甲基红）熔点大大降低，且部分染料在室温下呈液体。经过改性后的染料在水和有机溶剂中的溶解性能得到了改善，使得他们的应用范围得到了进一步扩展。此类物质不仅表现出了良好的酸指示变色行为（图2），而且其指示机理也发生了明显不同。该研究成果发表在近期的Analyst (2011, 136, 1302-1304) 上。
图2 改性前后甲基红在不同pH值水溶液中的显色对比
通过进行合理的阴阳离子液体设计，研究人员还成功合成出一系列新型的低密度功能化离子液体。通过调控离子液体的阳离子结构，可以对离子液体的密度、亲/疏水性、电导率等性质进行调控。其中部分离子液体展现出和水相当的密度，通过温度上升或下降，可以实现可逆的相反转（图3），作为感温材料有潜在的应用价值。该研究成果发表在近期的J. Mater. Chem. (2011, 21, 6864-6868) 上。
图3 低密度离子液体在水相中随温度上升（25-35℃）过程中的变化行为
该研究得到了国家自然科学基金的支持。
Eur. J. Inorg. Chem. (2011, 12, 1910-1920) 发表论文摘要
