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离子液体以其熔点低,安全性能好以及电化学窗口宽等性质,在绿色化学溶剂和电解液等领域具有广泛的应用前景。近年来,碳纳米管和石墨烯等新型碳纳米材料的迅速兴起,针对纳米受限环境下的离子液体的结构与性质的研究也广泛展开。本文采用计算机模拟方法研究了受限在一维碳纳米管中的离子液体的结构和相变,我们发现受限的离子液体在400K时发生相变,并且在受限环境下转化为一维的离子液体纳米管晶体,其X射线衍射图在1.7(A)-1处出现明显衍射峰,表现出与离子液体本体明显不同的晶体结构特征。 本文采用分子动力学模拟方法研究了从300K到500K受限在半径为6.78(A)的(10,10)一维单壁碳纳米管中的离子液体氯化1,3-二甲基咪唑([Dmim][Cl])结果表明,在400K时,碳纳米管内的离子液体发生一级相变。在低于400K时,离子液体呈现晶体形态,在碳纳米管的内部结晶形成一个以碳纳米管轴为轴,半径约为3.2(A)的离子液体纳米管晶体。通过模拟离子液体纳米管的X射线衍射发现,在温度低于400K时,在1.7(A)-1处出现明显衍射峰,对应于离子液体沿碳纳米管轴的方向有序的层状分布,相邻离子的层间距约为3.7(A)。通过结构分析,我们发现受限在碳纳米管中的离子液体由于其阳离子中的咪唑环的共轭π轨道和外部碳纳米管中碳六元环的共轭π轨道的堆叠作用,阳离子和碳纳米管壁基本平行。随着温度的升高,碳纳米管内的离子液体纳米管的有序层状结构逐渐趋于无序,离子液体的阴阳离子向碳纳米管的中心部位扩散,受限的离子液体从晶态转化为液态。 本研究探索了一维纳米受限空间中离子液体的结构与相变,发现受限环境下的离子液体在400K时转化为一维离子液体纳米管晶体,并对此结构进行了解析。本研究结果可望对实验研究提供计算机模拟的参考。