吡啶离子液体的微观结构与动力学的影响因素及相关研究

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离子液体是指在常温下呈液态且由阴阳离子组成的化合物,其特点是熔点低,不易挥发,蒸汽压小,液态范围宽,电化学窗口宽,透光率高等,作为一种新型的绿色介质正受到越来越多研究者的关注。  随着离子液体研究的不断深入,迫切需要从分子水平上了解离子液体的结构和性质。利用分子动力学模拟方法,可以分析离子液体阴阳离子排布及其局部微观结构,预测其热力学性质。基于以上背景,运用分子动力学模拟方法研究了温度和烷基链长对三种吡啶离子液体 N-丁基吡啶四氟硼酸盐[BPy][BF4]、N-己基吡啶四氟硼酸盐[HPy][BF4]、N-辛基吡啶四氟硼酸盐[OPy][BF4]的影响。模拟获得了体系的密度、自扩散系数、电导率和黏度等热力学性质,和径向分布函数、空间分布函数等结构性质,以及微观动力学性质。另外,还研究[BPy][BF4]对C152的稳态荧光的影响。本论文主要工作如下:  利用分子动力学模拟研究温度对三种吡啶离子液体的微观结构和微观动力学的影响。通过模拟我们得到了不同温度下的热力学性质,包括密度、自扩散系数、电导率以及黏度等,这些规律均与实验一致。  接着分析了三种吡啶离子液体的局部微观结构,包括径向分布函数、配位数、空间分布函数等。利用径向分布函数重点研究了纯体系的微观结构随温度变化的规律,结果表明非极性区域的聚集程度随温度的增加而增加。  进一步研究了它们的微观动力学,计算了速度自相关函数、转动自相关函数、时间相关函数等,结果显示随温度的改变三种吡啶离子液体的动力学性质有规律的变化。  最后通过实验与模拟结合的方法初步研究了[BPy][BF4]对香豆素C152荧光的影响。通过对实验数据的分析,[BPy][BF4]对香豆素C152的荧光有明显猝灭作用。分子动力学模拟研究表明在[BPy][BF4]与乙腈混合溶剂中,C152与离子液体的阳离子尾部相互作用较强,摩尔分数为0.3是微观结构变化的拐点,这与荧光随离子液体比例先减弱再增强的规律一致,说明这种相互作用与体系局部结构的改变是影响其荧光的主要因素。
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