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。     

绿色溶剂离子液体及其在有机合成中的应用

离子液体在作为环境友好溶剂方面有很大的潜力，故也称为“绿色溶剂”，文章介绍了离子液体的一些特性和它在有机合成方面的应用。     

一种由其离子液体制备的新型纤维素水凝胶

纤维素能很好地溶解在AMIMCl这种离子液体中. 将溶解后的纤维素AMIMCl离子液体溶液与水交换后可得到一种透明的纤维素水凝胶(图1). 傅里叶变换红外光谱、元素分析等测试表明, 这种纤维素水凝胶中只含有再生纤维素和水, 而无其他成分. 利用紫外-可见光光度计测量了浓度为15和25 mg/mL的水凝胶在350~700 nm波长范围内的透光率, 两种浓度水凝胶的透光率差别不大, 2 mm厚的水凝胶的透光率在650 nm波长处可达到80%. 本文利用压缩强度来衡量凝胶的力学性能, 分别测试了10, 15, 20 和30 mg/mL纤维素水凝胶的压缩强度, 发现水凝胶的压缩强度随着凝胶的浓度增加而升高, 其中30 mg/mL 的水凝胶在形变为52.5%时其压缩强度可达到0.6 MPa. 本文还研究了凝胶的耐腐蚀性能和耐热性能, 发现纤维素水凝胶有着优异的耐腐蚀性和较好的耐热性. 纤维素水凝胶在腐蚀性溶液中浸泡3 d后, 其压缩强度与未处理的凝胶相比几乎无变化; 经沸水煮过的纤维素水凝胶形状未发生变化, 只是力学强度有一定的损失. 水凝胶经冷冻干燥去除水分后, 用扫描电子显微镜(SEM)观察了干态凝胶的表面和断面形貌. 水凝胶的表面和断面结构差别很大, 水凝胶的表面结构比内部结构致密得多, 凝胶表面由尺寸为20~60 nm的孔组成. 这种价格低廉、无毒、各项物理性能良好的透明纤维素水凝胶有望用于生物组织材料以及纳米级过滤材料.     

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...     

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.     

“声子液体”热电材料研究进展

热电转换技术利用半导体材料的塞贝克效应(Seebeck effect)和帕尔贴效应(Peltier effect)可实现热能与电能的直接相互转换,是一种清洁利用能源的有效方式.快离子导体一般应用于电池材料.本文论述了近期研究中采用快离子导体的基本特性来探索高性能热电材料的研究进展,详细介绍了快离子导体的两套亚点阵结构可有效优化材料的电热输运特性,从而实现热电材料的横波阻尼效应;提出了声子液体新概念,为热电材料性能优化和新热电化合物的探索提供新的思路和方向.     

绿色电解质[BMIM]HCO3室温离子液体的合成及其物化性能

以N-甲基咪唑为原料合成了[BMIM]HCO₃室温离子液体, 对产物进行了表征, 测定了相关物化性能, 如密度、表面张力、黏度、电导率和电化学窗口等, 并考察了该离子液体的溶剂性能. 实验发现, 该离子液体作为电解质, 其电导率较高, 与温度的关系符合Arrhenius方程, 电化学窗口为3.3 V, 密度、表面张力、黏度均随温度升高而减小. 该离子液体与多数常规溶剂互溶, 并对金属氧化物具有较高的溶解度, 为在离子液体中直接电解金属氧化物奠定了基础.     

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.     

功能软物质材料及其在微流控领域的应用

功能软物质材料是一种在特定外界刺激下表现相应功能的软物质材料。功能软物质材料在微小的作用下就能展现强大的功能,因此在智能控制等领域有着广泛的应用前景,也成为了软物质研究领域的研究热点。本文介绍了液晶、功能膜、水凝胶和PDMS复合材料等几种典型的功能软物质材料,以及PDMS复合材料在微流控领域的具体应用。     

BF4-和TFSI-系列室温离子液体绿色电解液的电化学性能研究

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 ~ 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.     

功能梯度材料研究的现状和前景

科学技术的发展,对材料的要求变得越来越高.最近几年,很多科学家己将注意力集中到对功能梯度材料（FG）的研究和探索.作者在功能梯度材料概念提出者之一的乎井敏雄教授实验室工作了两年多.在本文中将对功能梯应材料研究的现状和前景作一总结和展望.     

石墨烯的组装和织构调控:碳功能材料的液相制备方法

石墨烯是sp2杂化碳质材料的基本结构单元,为构筑具有特定结构和功能的碳质材料带来新的契机.通过石墨烯/氧化石墨烯的液相组装和组装体织构的二次调控可以实现新颖碳功能材料的可控制备,这种液相制备方法实现了碳结构单元在溶液相直接自组装构建固相碳质材料.相比较而言,碳功能材料制备的经典方法,如固相炭化方法侧重于材料宏观尺度的结构和形态调控(如炭纤维),气相沉积方法长于在微观层面实现材料结构控制(如碳纳米管);而这种基于石墨烯自组装的液相制备方法架起了从微观到宏观的桥梁,实现了材料介观织构的精确构建.结合本课题组近年来的研究工作,本文对与石墨烯相关的液相结构组装和组装体织构调控方面的研究进展进行了简要评述和前景展望,并着重介绍了几种新颖的石墨烯基多孔碳功能材料.     

从南极科学考察看全球环境污染和发展绿色化学的必要性

本文通过对西南极乔治王岛及纳尔逊岛各科考站的主要污染源的调查和分析,提出了绿色化学在南极环境保护中的研究目标,以及推进绿色化学的必要性.建议绿色化学家和极地科学家联合.推进极地材料的研究、开发与应用,为维护南极这片最后的净土作出贡献.     

合成生物学在活体功能材料构建上的应用

材料是人类赖以生存与发展的物质基础,代表了一个时代科学技术成果的最前沿.近年来飞速发展的合成生物学,通过改进现有系统或构建全新的生物体系,极大地促进了对生物本身的了解,拓宽了生命科学的应用范围.将构建的生物体系进一步结合材料科学中的设计工具及方法,便诞生了活体功能材料这一概念及领域.与传统材料不同,活体功能材料以活体细胞为结构单体组装材料,活体细胞本身成为材料的工程化设计工具以及技术设想和实现途径的基本单元.将编程后的工程活细胞组装、裁剪成具有生物系统特性的活体功能材料,将活体细胞的自我修复能力等特性融入材料,进一步拓展了原有材料的性能.本文将着重介绍活体功能材料的产生、发展及近年来取得的相关成果,在此基础上对活体功能材料未来的发展进行展望.     

皮米尺度电子显微学对功能材料功能性起源的探索

功能材料功能性起源于场和局域对称性.物质科学中局域对称性由晶格、电荷、轨道和自旋4个自由度来描述.认识和利用对称性破缺下原子最近邻、次近邻结构扭曲所带来的丰富物性,要求我们在皮米尺度掌握物质的精细结构.本文将晶格自由度分为多面体的膨胀收缩、多面体的弯曲旋转和阳离子偏离平衡位置这3种情况,评述了皮米尺度电子显微方法对功能...     

基于第一性原理计算的低维功能材料分子设计

低维材料具有高比表面积以及独特的物理化学特性,是未来能源、信息等技术领域的重要研究内容,但如何实现特定结构和功能是其实际应用的基础.分子是保持化学结构和特性的最小单元,从分子基元出发,可以实现低维材料结构预测以及功能导向的理论设计.本文综述了低维功能材料理论设计方面的研究进展,结合分子设计策略和第一性原理电子结构计算方法,针对特定结构和性能开展理论设计,预测了复杂二维单质晶体结构以及一系列低维新型光催化材料和自旋电子学材料,并揭示了低维材料功能和分子基元物性之间的对应关系,总结和展望了低维功能材料分子设计的优势与挑战.     

新型超级材料比纸更薄 强度超过钢的10倍

目前,科学家们已经开发出一种超级材料,它的厚度比纸还薄,但其强度却超过钢铁10倍。这种新型材料名为石墨烯纸,是一种基于石墨原料的合成材料。科学家们首先将石墨原材料进行精细研磨,接着采用化学方法对其净化,然后在纳米尺度上对其进行重塑,得     

用于信息存储、逻辑运算和大脑神经功能模拟的忆阻型离子器件

在电场作用下阳离子或阴离子的传输导致离子导体电阻态的变化,是离子导体的一般性阻变机理.与现有的半导体器件相比,忆阻型离子器件有显著优点:离子器件作为存储器时其信息存储密度高、能耗低、擦写时间只需几纳秒;离子器件还可用于逻辑运算,这样未来的计算机将不受冯·诺依曼瓶颈的限制,信息的存储与处理将均可由离子器件完成.尤为重要的是,用离子器件构建的人工神经网络能够实现类似大脑的学习、记忆和遗忘等功能,美国国防高级研究计划署的SyNAPSE项目有望于2016年制造出与猫智力相当的人工大脑,该人工大脑的能耗约为1 kW,体积小于2 L,这将是人工智能领域的一场革命.纳米离子器件将在下一个信息时代发挥重要作用.     

超分子配位化合物及其晶态聚集体的合成、结构与功能

超分子配位化学是当今化学学科的前沿研究中最为中心和发展最迅猛的分支之一.其中晶体工程,尤其是金属一有机框架材料的合成、结构和功能,正引起国内外越来越多的化学工作者的关注和参与.本文结合本课题组的研究成果,简要总结了超分子配位晶态聚集体的自组装合成、结构和功能方面的若干规律.主要介绍了原位反应与模板合成,调控构筑基元的尺寸、形状、连接性、相互弱作用等结构策略,以及发光金属一有机框架材料的热致变色、化学传感等功能,并简要阐述了构效关系,为今后进一步研究开发光功能金属一有机框架材料提供参考.