离子液体杂多酸盐催化剂在水溶液中溶剂化行为的分子动力学模拟

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为了研究水溶液中离子之间的相互作用及磷钨酸的溶剂化现象,本课题展示了Keggin结构磷钨酸阴离子与3种不同烷基功能化离子液体反离子(1-乙基-3-甲基咪唑[C2mim]+,1-丁基-3甲基咪唑[C4mim]+和1-辛基-3-甲基咪唑[C8mim]+)在水溶液中的分子动力学模拟。模拟结果表明不同碳链长度的烷基功能化离子液体反荷离子对水溶液中阴阳离子以及阴离子之间的关系有不同的影响。  当反离子是[C4mim]+时,不论是8-PW3-还是27-PW3-体系,磷钨酸在水溶液中均得到很好的分散,没有显示明显的杂多酸阴离子之间的直接接触,且磷钨酸周围14(A)范围内[C4mim]+阳离子的平均配位数分别为1.99和1.65。  最重要的发现是当反离子是[C2mim]+和[C8mim]+时,磷钨酸发生聚集现象,即生成了磷钨酸二聚体,甚至在反离子为[C2mim]+的27-PW3-体系磷钨酸生成了三聚体。但是这两种体系也有明显的不同,当反荷离子是[C2mim]+时,在距离磷钨酸12(A)范围内,[C2mimr平均配位数增加为2,但是当反离子是[C8mim]+时,由于疏水性长链阳离子的影响,部分磷钨酸之间通过紧密的直接接触形成二聚体,与此同时[C8mim]+阳离子包围在磷钨酸单体或者磷钨酸二聚体周围,致使它们通过阳离子的连接,继续形成更大的聚集网络,磷钨酸周围的[C8mim]+阳离子配位数达到3甚至超过3,磷钨酸呈电中性或带有少量正电荷的形态稳定存在于水溶剂中。[C8mim]+阳离子稳定分布在磷钨酸周围,形成类似“树枝状大分子”包围的松散结构,使得具有氧化还原活性的磷钨酸在整个聚集体的内部,磷钨酸调控反应的区域选择性,而包围在磷钨酸周围的[C8mim]+阳离子层则通过体积排斥作用影响小分子的反应物进入磷钨酸活性中心。这也在一定程度上说明了此时的磷钨酸与[C8mim]+阳离子在水溶液中形成的稳定结构与杂多酸阴离子“假液相”的独特性质相符合。  
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