離子液體單體(ILMs)和聚離子液體(PILs)是一種相對較新的含離子材料，它們在每個重復單元中均攜帶由有機陽離子和陰離子組成的離子液體(ILs)。離子液體具有的物理化學特性：如高熱穩(wěn)定性、化學穩(wěn)定性和電化學穩(wěn)定性、不易燃性和可忽略的揮發(fā)性。由于有廣泛的陰陽離子可供選擇組合，選擇合適ILs與聚合物相結合形成PILs，可以將二者的優(yōu)點結合，這樣獲得的PILs具有更強的穩(wěn)定性、更高的機械耐久性和更**的性。PILs的單離子導電特性使得其可以作為新型的聚合物電解質而用于能源存儲系統(tǒng)和機電轉換裝置。
然而，PILs中通過共價連接的離子聚合物骨架由于玻璃化轉變溫度的升高會導致離子遷移受阻，進一步使其離子電導率比純ILs低2-3個數量級。因此，理解PILs中結構對離子傳導和介電性能的影響是必要的。近日，來自賓西法尼亞州立大學材料科學與工程系的Ralph H. Colby等人通過對降冰片烯咪唑離子液體進行研究（圖1），探索了其結構對于其離子傳導和介電性能的影響。
作者設計合成了多種基于降冰片的ILs（圖2），這類ILs是通過烷基或者氧乙烯基(OE)將降冰片烯基團引入到咪唑陽離子及PILs中，作者通過介電弛豫譜(DRS)來研究不同分子結構的離子液體在一個寬頻率范圍內和對應溫度下離子傳導和介電性質的變化。
作者對上述ILs進行了介質弛豫測試（圖3），通過在183 K時具有不同咪唑陽離子結構的的ILs單體的介電損耗光譜可以發(fā)現(xiàn)在玻璃化轉變溫度以下，這些ILs單體呈現(xiàn)出單一的介電損耗峰，對應于局部偶極子運動引起的二次配重弛豫過程。通過基于降冰片基團的單咪唑ILs與基于降冰片基團的雙咪唑ILs對比，發(fā)現(xiàn)二者的活化能有所不同，作者認為單咪唑ILs促進了氧乙烯基偶極子的局部運動，而雙咪唑則限制了其局部運動，從而減緩了增衡過程，增加了活化能。
接著作者在253 K下對是否具有氧乙烯基的ILs進行了電介質導數光譜測定（圖4），結果表明OE結構對弛豫頻率的影響不**，但是較長的OE連接劑使離子更容易對電場作出反應，促進了其分離離子對的形成。
除此之外，作者還對其進行了靜電庫侖介電常數測定（圖5），其介電常數圖譜表明上述ILs與非離子極性單體不同，這些ILs單體在電極極化開始之前并沒有明顯的平穩(wěn)期，而是隨著頻率的增加而逐漸減少，這意味著潛在的弛緩存在。對于此，作者認為是咪唑環(huán)的氫原子和氧乙烯(OE)單元的醚氧原子之間具有特定的相互作用所致。
圖5. 降冰片烯咪唑離子液體的靜電庫侖介電常數測定總體而言，本文系統(tǒng)研究了含一個或兩個咪唑陽離子與Tf2N陰離子的降冰片基離ILs單體的連接結構（OE）對于本身離子傳導和介電性能的影響。通過一系列實驗表明OE連接導致偶極數密度的增加，有利于一個增強的偶極矩之間的離子對分離。其次，離子電導率也隨著OE連接劑的加入而增加。該文研究對于ILs而言，可以從結構設計出發(fā)，合理設計出的ILs，對于ILs的發(fā)展有著重要的意義。https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.macromol.9b02420U Hyeok Choi, Terry L. Price, Jr., Daniel V. Schoonover, Harry W. Gibson and Ralph H. ColbyDOI: 10.1021/acs.macromol.9b02420以上資料來自互聯(lián)網，如有侵權，請聯(lián)系我們進行刪除
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