[C2mim][Tf2N]与水、甲醇、乙醇混合体系微观结构的理论研究

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离子液体(ILs)由于其独特的化学和物理性质而非常有利于化学反应及其分离。在过去的几十年中,关于离子液体尤其是其与无机物或有机物组成的混合体系的研究比比皆是。这是因为混合体系不仅在功能设计上比纯离子液体更容易,而且还能扩大其应用范围。ILs中复杂的分子间相互作用可能会使基于分子结构的解释变得困难,所以并非所有的ILs都能表现出理想的特性。因此,对可能的离子液体进行基于分子水平的理解和评估对于在不同领域中使用这些物质是至关重要的。采用分子动力学模拟的方法,对1-乙基-3-甲基咪唑双(三氟甲基磺酰)亚胺([C2mim][Tf2N])与水、甲醇、乙醇三者分别混合而成的二元体系的结构和动态性质进行理论研究,分析了其化学结构以及水、甲醇、乙醇等添加物浓度对混合体系微观结构的影响,进一步了解其混合后体系的微观特性。在含水的二元体系中,少量水的加入确实影响了离子液体中阴阳离子的相互作用,但这种影响基本上是可以忽略不计的。水在混合体系中主要与阴离子上的氧原子形成氢键,破坏了阴阳离子间的相互作用。而当含水量稍微增大时,[C2mim][Tf2N]就开始快速饱和,多余的水分子自聚集成较大的团簇结构。甲醇和乙醇在混合体系中的状态与水类似,主要有两种:与自身作用形成氢键或与离子液体中的阴离子作用形成氢键。[Tf2N]-拥有四个S=O基团,可以提供四个氢键受体。咪唑阳离子通过环上的氢原子占据一个位置,剩余的三个受体与醇分子形成氢键,醇-醇簇开始形成。随着醇浓度的增加,越来越多的醇分子聚集在阴离子周围。渐渐地,醇的聚集达到了阴离子氢键饱和的极限,在某一关键点后,醇–醇相互作用占优势导致混合体系更接近纯醇系统。通过对离子液体与水或醇的混合体系微观结构研究得到的一些性质特点,有望在实验上有所指导,譬如精准地判断关键点,为将来将其用于催化剂载体、化学分离等做准备。
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