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离子液体是指由有机阳离子和无机或有机阴离子构成的,在室温或者室温附近温度下呈液态的盐类。与易挥发的有机溶剂相比,离子液体具有蒸气压小、不可燃、热容大、可设计性强、热稳定性好、离子电导率高、电化学窗口宽等优点,被称为一类新型的绿色溶剂。当前离子液体已广泛应用于分离过程、电化学、催化化学、材料制备等领域,其中在材料制备方面的应用处于起步阶段,研究的范围包括离子液体中聚合物的合成、无机纳米材料的制备、天然高分子的加工等。本文借助离子液体制备了几种无机/高分子杂化材料,取得了以下成果:
⑴传统制备咪唑离子液体的方法,是用咪唑和卤代烷烃反应,当卤代烷烃沸点低时(如氯甲烷、氯乙烷等),势必对设备要求高,且制备条件苛刻。我们发现一种新的离子液体制备方法,首先用酸与咪唑反应得到酸性离子液体前驱体,然后酸性离子液体前躯体与碳酸酯反应制得咪唑离子液体,该方法可以克服传统制备方法的缺陷。制得的咪唑氯盐阳离子尺寸小,具有粘度低、电导率高等特点,且对纤维素和壳聚糖有较强的溶解性能。我们以这类阳离子尺寸较小的咪唑氯盐为溶剂制备了壳聚糖/纤维素复合膜和纤维材料。鉴于多壁碳纳米管(MWCNTs)在离子液体中可以实现良好的物理分散,我们将MWCNTs分散在溶解纤维素、壳聚糖的离子液体溶液中,经再生过程制备了MWCNTs/壳聚糖/纤维素杂化膜和纤维材料,MWCNTs的掺入提升了杂化材料的热稳定性、力学性能和导电性。另外,还制备了MWCNTs/Fe3O4/纤维素杂化纤维。
⑵纤维素的离子液体溶液经再生过程得到了具有微孔结构的凝胶态纤维,这些凝胶态纤维用含Ca2+离子的溶液浸泡后,可以吸附大量的Ca2+离子。在无需模板剂的情况下,吸附了Ca2+离子的凝胶态纤维可以用于CaCO3的可控生长,得到三种特殊的CaCO3晶体:双球状球霰石,大长径比的棒状、带状方解石。并且发现在CaCO3矿化过程中,凝胶态纤维内乙醇的含量对控制CaCO3的形貌和晶型起了重要作用。
⑶研究碳纳米管的分散与回收是项有意义的工作。我们合成了一种聚合物状的功能化离子液体P(NIPAAm-co-IL),P(NIPAAm-co-IL)能将MWCNTs有效地分散在水中。该分散MWCNTs的方法是一种物理手段,且溶液体系对温度敏感,当温度低于P(NIPAAm-co-IL)的LCST时,MWCNTs在溶液中稳定存在;当温度高于LCST时,P(NIPAAm-co-IL)在水溶液中发生卷曲效应,致使MWCNTs在水溶液中的稳定性下降。
⑷目前制备ZnO基稀磁半导体(DMSs)纳米结构的传统方法存在设备昂贵、制备工艺复杂等缺点,限制了其在自旋电子器件的研发和应用。我们在含水的离子液体前躯体N(C4H9)4Oh·30H2O(TBAH)中制备了一维介孔晶结构的Zn0.95Mn0.05O样品,该样品具有室温铁磁性(RTFM)。并发现仅通过控制Zn(CH3COO)2·2H2O在离子液体中的浓度就可以控制DMSs的磁性。该方法是一种简便且绿色的制备ZnO基DMSs方法。