离子液体的吸水性研究进展

大部分离子液体如果直接暴露在空气中都能吸收一些水分,而水会对离子液体的微观结构、物理化学性质等产生一定程度的影响,从而进一步影响离子液体的应用,因此有必要对离子液体的吸湿性开展系统深入的研究.本文评述了离子液体吸湿性研究领域的最新进展.通过对50多种离子液体的吸湿性的分析,总结了离子液体的结构因素和温度、湿度等外部因素对其吸湿性的影响,并对文献中提出的两步吸收机理和3类用于表征吸收过程参数进行了讨论,评述了基于实验数据的离子液体吸湿性分类标度.另外,离子液体的宏观吸湿性取决于其和水分子间的微观相互作用,关于这方面的研究已经比较多,本文简单综述了离子液体和水的分子间相互作用,和根据离子液体的氢键酸性和氢键碱性等参数预测离子液体吸水性的方法.随后,讨论了用二维相关光谱技术研究离子液体的吸湿过程的进展,认为该过程可以分成几个阶段,分别受不同的分子间作用力控制.根据相律,憎水性离子液体的水溶液可以用来调节相对湿度,而且鉴于醋酸根离子液体具有强的吸水性,一定条件下可以作为吸水剂来使用.     

环境友好离子液体双水相研究进展

离子液体双水相体系以其优越的性能在萃取、分离等领域得到了广泛的应用.然而,对于传统的咪唑/吡啶离子液体-无机盐双水相体系,离子液体的毒性和高浓度无机盐废水的产生在一定程度上弱化了它们的工业应用.发展环境友好的离子液体双水相体系是从根本上解决这些问题的关键.本文结合本课题组的研究工作,综述了近年来环境友好离子液体双水相体系的研究进展,主要内容包括阴离子功能化离子液体双水相、氨基酸离子液体双水相、离子液体-糖双水相、离子液体-聚合物双水相、二氧化碳诱导离子液体双水相体系的开发,及其在萃取/分离氨基酸、药物分子、蛋白质和生物酶等方面的应用.同时,对目前该领域的发展所面临的主要问题和进一步的研究工作提出了建议.     

离子液体-超临界CO_2两相体系中葡萄糖月桂酸酯的合成

糖脂是一类无毒、无刺激性、生物兼容和可生物降解的非离子型表面活性剂,被广泛应用于石油回收、碳氢化合物的生物降解、食品、化妆品、医药、洗涤剂等行业.本文在离子液体-超临界CO2两相体系中采用南极假丝酵母脂肪酶B催化合成葡萄糖月桂酸酯,采用薄层色谱法(TLC)、FTIR、13C NMR等手段对产物进行分析表征,通过单因素法研究了反应时间、压力、温度、底物流速、酶浓度、离子液体用量等对葡萄糖转化率的影响.在优化工艺条件下,葡萄糖转化率高达99.5%.此过程反应转化率高、反应时间短,能够保证酶的高活性,同时酶与离子液体易分离回收并循环使用,具有常规方法无可比拟的优势.     

离子液体捕集二氧化硫气体的研究进展

近年来,化石燃料燃烧产生的二氧化硫(SO_2)对人类健康和生态环境造成严重威胁,如何有效捕集SO_2引起了国内外学者的广泛关注.离子液体作为一种新型绿色溶剂,具有蒸汽压低、液程宽、稳定性好、结构和性质可调节等特殊的性质,在气体分离领域得到了广泛的应用,被视为有前景的SO_2吸收剂.调节离子液体的结构,进一步改善离子液体的捕集性能,使其快速、高效、低耗、可逆地捕集烟气SO_2是研究的关键.本文综述了近年来离子液体捕集SO_2的研究进展,主要内容包括常规离子液体和功能离子液体,其中功能离子液体主要包括有机酸盐离子液体、含酚基阴离子或唑基阴离子的离子液体、含醚基或氨基的离子液体和多功能离子液体.同时,对目前该领域的发展所面临的主要问题和进一步的研究工作提出了建议.     

金属配位(螯合)型离子液体在二氧化碳吸收和转化中的研究进展

金属配位型离子液体(ionic liquids,ILs)是一类由金属离子与有机或无机配体通过配位作用形成的低温熔盐.其中,当金属离子与配体具有多齿配位点时,将其称为金属螯合型ILs.目前,金属配位(螯合)型ILs已经被广泛用于气体吸收和有机催化等领域,显示出了优异的性能.本文首先对近年来金属阴离子配位型ILs和金属阳离...     

离子液体为溶剂制备CMC/MWCNTs复合材料及其电化学性能

以羧甲基纤维素钠(CMC)和多壁碳纳米管(MWCNTs)作为原料, 采用离子液体溶解羧甲基纤维素钠制备CMC/MWCNTs复合材料. 通过使用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、高分辨 透射电子显微镜(HR-TEM)、X射线衍射仪(XRD)和电化学工作站对复合材料进行了结构表征和电化学性能分析. 结果表明, 以离子液体作为溶剂能够有效溶解CMC并使其较为均匀地包覆在MWCNTs的表面, CMC包覆层的厚度约5.4 nm; 用离子液体制备的CMC/MWCNTs复合材料对H₂O₂具有良好的电催化效果, 在循环伏安曲线图中出现了明显的氧化峰; MWCNTs的含量和超声时间是影响复合材料分散性和电化学性能的关键参数, MWCNTs的含量3 mg, 超声2 h时, 制得的CMC/MWCNTs复合材料具有最优的电化学性能.     

BF-4和TFSI-系列室温离子液体绿色电解液的电化学性能

选择亲水型甲基烷基咪唑四氟硼酸盐和憎水型甲基烷基咪唑二(三氟甲基磺酰)亚胺盐两个系列的离子液体作为电解液,系统研究了纯离子液体及离子液体/混合有机溶剂EC-DMC-DEC(1:1:1,质量比)体系的电化学性能.实验发现:对于纯离子液体,在较低的温度范围内(298~323K),电导率与温度的关系符合Arrhenius方程,在更广的温度范围内,四氟硼酸盐系列离子液体符合VTF方程,而二(三氟甲基磺酰)亚胺盐系列有偏差.两个系列的离子液体的电化学窗口都在4V左右.对于离子液体/有机溶剂混合体系,随着浓度的增加,电导率有一最大值出现.     

铝箔在甲基烷基咪唑四氟硼酸盐离子液体电解液中的电化学行为

铝箔作为集流体被广泛应用于锂离子电池和电解电容器等电化学器件中, 而它在电解液中的电化学行为直接影响电化学器件的性能和安全. 通过循环伏安法研究了铝箔在甲基烷基咪唑四氟硼酸盐离子液体及其与锂盐LiN(SO₂CF₃)₂ (简称LiTFSI)组成的电解液中的电化学行为. 结果表明: 铝箔在离子液体BMI-BF₄及锂盐LiTFSI组成的电解液中极化时表面生成了牢固的钝化膜, 这对电化学器件集流体铝箔的保护十分有利. 将铝箔在离子液体BMI-BF₄和BMI-TFSI中进行阳极极化, 对比发现, 铝箔在离子液体BMI-TFSI中并没有形成较好的钝化膜, 而在离子液体BMI-BF4中的铝箔表面生成了抗腐蚀性能较好的钝化膜, 其击穿电压高达94.58 V. X射线能谱仪(EDS)和X光电子能谱仪(XPS)分析结果表明, 铝箔在离子液体BMI-BF₄中阳极极化后表面存在F和O, 形成了类似氟化物(如AlF₃)和氧化物(如Al₂O₃)的钝化膜.     

离子液体:一种新奇的液体

今天的化学家们正在开发一种新的溶剂,称为离子液体。该液体无恶臭、无混杂、无污染、无毒性,并集多重用途功能于一身。它的研究和开发已成为今天有机化学领域的重大事件。     

CO_2的去向

科罗拉多州大气科学家坦斯(Tang)说:“我们认为海洋能吸收将近40%的CO_2。这种观念现在我们才真正认为是错误的。”煤、石油与天然气燃料每年以CO_2的形式向大气层排放大约63亿吨的碳。由于海洋和陆地只能吸收一部分,而33亿吨进入了大气层,造成世界关心的CO_2聚积问题。科学家们设想能从大气中吸收CO_2的“坑穴”,是南半球的海洋。但坦斯说,计算机模拟和实际测量与假设不符。他与美国宇航局戈达德空间研究所的冯美琪(Fung)和帕利塞斯市地质观测台的海洋学家塔卡黑什(Takahashi)做过这方面的工作。     

生物电化学调控微生物代谢强化修复石油烃污染土壤的研究进展

石油烃污染问题已经逐渐成为全球性的土壤环境难题,亟需绿色低碳的新兴技术对其进行治理.本文从微生物代谢的视角,对生物电化学技术(microbial electrochemical technology, MET)在石油烃污染土壤修复方面的研究进展进行了综述.首先,分析了石油烃降解菌的代谢过程,找到了微生物降解石油烃的关键限速步骤;随后,探讨了MET调控微生物代谢机理及其强化石油烃降解机制,确定了电活性菌与石油烃降解菌互营代谢过程是强化石油烃去除关键所在;在此基础上,深入讨论了MET的关键性能参数对微生物互营过程的影响;最后,为落实“双碳”目标,剖析了植物耦合MET的潜在强化污染物去除机制并评估了多技术联合修复的必要性.虽然大量研究为MET强化修复石油烃污染土壤提供了理论支撑与技术支持,但由于污染场地环境多样性和不可确定性, MET的实际应用效果以及未来市场推广仍然需要进一步考量.     

新型吗啉基离子液体中碳水化合物高效转化为5-羟甲基糠醛

发展用于碳水化合物脱水合成5-羟甲基糠醛(HMF)的高效催化体系具有重要的意义.本文新合成了几种苯磺酸根(BS)为阴离子的吗啉基离子液体,并将其用作碳水化合物脱水合成5-羟甲基糠醛(HMF)的溶剂.研究发现,以Sn Cl4为催化剂,在所合成的几种离子液体中均可使不同碳水化合物脱水生成HMF;其中,离子液体[Et-MMP]BS对葡萄糖脱水表现出最好的效果.在Sn Cl4/[Et-MMP]BS催化体系中系统研究了温度、时间以及催化剂用量对葡萄糖脱水合成HMF的影响.在最优的反应条件下,由葡萄糖得到HMF的最高产率为67.6%.同时,该催化体系能够重复使用5次而催化效率没有明显降低.     

CO_2/H_2O绿色溶剂体系的特性及对催化加氢反应的作用

H2O与超临界CO2(scCO2)作为绿色溶剂取代传统挥发性有机溶剂在催化反应中的应用研究取得了较大的进展.本文主要介绍CO2/H2O绿色溶剂体系的特性及其在催化加氢反应中的作用,从体系的特性及H2O分子、CO2分子与反应物分子、中间产物、产物分子间的相互作用,阐述CO2/H2O体系对催化加氢反应速率、产物选择性的影响及促进作用.     

离子液体的环境行为和安全性探讨

由于具有不挥发、不易燃、结构可设计、稳定性高等优势,离子液体被广泛应用于催化、能源、材料制备、生物化工和医药等领域.随着离子液体的大量生产和广泛应用,其对环境的健康风险也日益引起关注.本文对目前离子液体结构进行总结,并分析了其结构对生物安全性的影响规律;探讨了离子液体在不同环境介质中的迁移、转化行为以及可能影响因素;归纳总结了离子液体对陆生生物、微生物、水生生物的影响.对当前离子液体的生物和化学的降解方法进行了综述,研究认为对侧链较短的离子液体,尽量选择化学降解,而对于烷基侧链较长的离子液体,优先选择生物降解.文章进一步阐明对离子液体的环境行为和安全效应以及降解方法进行深入研究具有重要的科学价值,对于客观评价离子液体规模化应用潜力具有十分重要的意义.     

肿瘤的液体活检研究进展

癌症是影响人类寿命的主因之一。与临床上常用的组织活检技术相比,液体活检作为癌症的一种检测手段,具有非侵入性、准确性高、取样简便、价格低廉等多种显著优势。液体活检在多种癌症,包括肺癌、宫颈癌、前列腺癌等的早期检测、动态监测和靶向治疗上均表现出很大的潜力,为癌症的检测和治疗提供了新的技术手段和研究思路。液体活检常常采用循环肿瘤DNA、循环肿瘤细胞和外泌体作为检测癌症病程的标志物,以PCR、NGS、ELISA等生命科学研究中常用的技术为基础方法,利用多种指标作为评判癌症病程的依据。文章综述了循环肿瘤DNA、循环肿瘤细胞和外泌体作为肿瘤液体活检标志物的检测原理,以及它们在临床应用方面近5年的研究进展。     

BF-4和TFSI-系列室温离子液体绿色电解液的电化学性能

选择亲水型甲基烷基咪唑四氟硼酸盐和憎水型甲基烷基咪唑二(三氟甲基磺酰)亚胺盐两个系列的离子液体作为电解液, 系统研究了纯离子液体及离子液体/混合有机溶剂EC-DMC-DEC(111, 质量比)体系的电化学性能. 实验发现 对于纯离子液体, 在较低的温度范围内(298 ～ 323 K), 电导率与温度的关系符合Arrhenius方程, 在更广的温度范围内, 四氟硼酸盐系列离子液体符合VTF方程, 而二(三氟甲基磺酰)亚胺盐系列有偏差. 两个系列的离子液体的电化学窗口都在4 V左右. 对于离子液体/有机溶剂混合体系, 随着浓度的增加, 电导率有一最大值出现.     

基于离子液体的两亲分子自组装

离子液体是指熔点低于100℃,完全由离子组成的一类有机熔融盐.由于离子液体独特的物理化学性质,离子液体参与的两亲分子自组装受到人们的广泛关注.本文简要综述了基于离子液体的两亲分子自组装的研究进展,主要包括离子液体作为新型溶剂,两亲分子在其中自组装形成的分子聚集体;长链离子液体作为表面活性剂构筑的分子聚集体;以及离子液体作为添加剂调控其他两亲分子聚集体的构筑.研究离子液体参与构筑的两亲分子聚集体,一方面可以将离子液体的特性引入到传统的分子聚集体中,有利于改善分子聚集体的性质,扩大其种类和应用范围,另一方面也可以进一步拓展离子液体自身的应用.     

性能优异的“点击”离子液体凝胶

<正>随着柔性储能、制动和传感器件的迅速发展,作为柔性电子器件中的重要组成部分,可拉伸导电材料引起了人们的广泛关注.当前的可拉伸导电材料主要包含导电聚合物、有机/无机复合物、准固态导电水凝胶3大类.其中准固态导电水凝胶兼具较高的电导率和较小的界面电阻等     

纳米限域及能源分子的催化转化

催化作为关键和核心技术,在能源、环境、农业以及人类健康等领域将会发挥越来越重要的作用.借助纳米科学和技术的发展和进步,以纳米体系的电子调制为理论基础,通过在纳米层次对催化剂的组成、结构和形貌,以及电子态的调控,实现高效催化剂的理性设计和精准制备,以及真实催化反应条件下对催化剂和催化作用的高分辨和动态表征是未来催化研究发展的重要方向.本文系统介绍了纳米限域体系中催化剂活性中心结构、电子特性和催化性能的控制规律.基于本研究组提出的"纳米限域催化"概念,将具有高催化活性的单中心低价铁原子通过2个碳原子和1个硅原子镶嵌在氧化硅或碳化硅晶格中,形成高温稳定的"晶格限域"催化剂,实现甲烷在无氧条件下直接催化转化,一步生成低碳烯烃和芳烃等高值化学品;在合成气催化转化研究中,通过将控制反应活性和产物选择性的两类催化活性中心有效分离,使在氧化物表面生成的碳氢中间体在分子筛孔道的限域环境内发生受限偶联反应,实现了煤基合成气一步高效生产烯烃,低碳烯烃的单程选择性超过80%.这些突破性技术摒弃了延续九十多年的F-T路线,从原理上开辟了一系列天然气、煤和生物质等高效制备烯烃等高值化学品的新途径,被誉为烯烃合成领域"里程碑式新进展".进一步地,这些研究成果正在与国内外企业合作,积极探索这类新过程的工业应用.