一文了解納米硅基離子液體材料的制備與表征

離子液體(ILs)是在室溫下為液體的有機離子化合物。其具有低揮發性和可設計性，可以通過組合不同的陰離子和陽離子而成為催化劑或綠色溶劑。近年來，在綠色化學概念的推動下，各種ILs被開發并應用于化學合成、電池開發、環境保護等領域。然而，ILs有**高的粘度，導致ILs流動性較差，強烈阻礙了溶質在液體中的擴散。基于ILs的可設計性，可以設計合成低粘度的ILs。因此研究者們迫切需要找到一些降低ILs粘度的手段以適應更多的應用領域。

干水(DW)是由疏水性納米二氧化硅和水在高速攪拌下制備而成的材料，二氧化硅在體系中通常為高度分散的納米顆粒，被廣泛用于化妝品、催化基質、光敏劑載體和氣體分離等領域。在DW中，水或水溶液被疏水性納米硅外殼包圍，該外殼可以部分**水分的揮發，使干水顆粒具有分散性和液體狀。借鑒DW的制備方法，ILs也可以通過將其包裹在疏水性納米二氧化硅中制成微小顆粒。同時在納米級薄膜的制備過程中，ILs的表面張力起著主導作用。只有具有高表面張力的ILs才能成功地制備納米級薄膜。較高的表面張力導致ILs與納米二氧化硅的結合強度增強，從而使納米硅薄膜的尺寸減小。

圖1. NS-ILMs (a. SiO2, b. SiO2@EmimBF4,c. SiO2@[Bmim]BF4, d. SiO2@[Hmim]BF4)的制備

基于此，南京大學化學與化學工程學院張志炳等人選擇表面張力較大的三種不同陽離子結構的咪唑四氟硼酸ILs [C1CnIm]BF4與HDK-H18制備納米二氧化硅ILs微粒(NS-ILMs)。通過比較NS-ILMs與純離子液體捕集氣態丙酮的能力，評價NS-ILMs的形成對傳質的影響。

圖2. 熱重分析體系

（圖片來源：Journal of Molecular Liquids）

圖3. ILs的表面張力

表1. NS-ILMs捕獲氣體的能力

相對于DW，ILs的低揮發性和高穩定性有助于保持NS-ILMs的形態，而NS-ILMs使ILs形成微米大小的顆粒，從而**解決高粘度的負面影響。同時由于較大的界面面積，NS-ILMs相對于純ILs，在捕獲如廢氣中的揮發性有機化合物時具有更快的傳質速率。這也說明包括咪唑、季銨鹽和季鏻鹽等不同類型的ILs可用于處理揮發性有機化合物的廢氣。本文的結果顯示，由咪唑四氟硼酸鹽制成的NS-ILMs比純的ILs具有更高的揮發性有機物捕獲能力，而且NS-ILMs循環能力較好。

作者在熱重實驗的基礎上，建立了NS-ILMs捕獲丙酮蒸汽的動力學模型，表明NS-ILMs捕獲揮發性有機物的過程優于純ILs的吸附過程。此外，作者對NS-ILMs在氣液反應（二氧化碳環加成）中的促進作用研究也正在進行中。

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以上資料來自小編zhn2020.11.26