離子液體在氣-液界面吸附的量子化學研究.pdf

1、室溫離子液體(Room Temperature Ionic Liquids)一般是由特定的體積相對較大結(jié)構(gòu)不對稱的有機陽離子和體積相對較小的無機陰離子構(gòu)成的低溫熔鹽。它具有較高的熱穩(wěn)定性、良好的導電性、寬的電化學窗口、寬的液態(tài)溫度區(qū)間、可以忽略的蒸汽壓和特殊的溶解性能等優(yōu)點。在綠色化學的興起，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整對傳統(tǒng)材料和生產(chǎn)過程提出挑戰(zhàn)的今天，離子液體已經(jīng)成為了一種新型的可以替代傳統(tǒng)有機溶劑的“綠色溶劑”。
　　 眾所周知，當離子液

2、體溶解于水中，能夠一定程度的降低水的表面張力，表現(xiàn)出較強的表面活性，這說明離子液體組分易于自發(fā)在氣-液界面上發(fā)生正吸附。表面活性劑在氣-液界面上吸附的理論研究已有文獻報道，但離子液體在氣-液界面吸附行為的理論研究卻未引起研究人員的廣泛關注。本論文的目的是，從理論上研究離子液體陽離子與水分子的相互作用，揭示不同類別離子液體在氣-液界面上的吸附現(xiàn)象與本質(zhì)，為新型離子液體的研究，以及在催化反應中的綜合應用提供理論依據(jù)。本論文主要分為三個部分:

3、
　　 (1)用量子化學方法，研究硝酸正丁胺和硝酸三乙胺2種離子液體陽離子與水分子形成水合物的電子結(jié)構(gòu)和熱力學性質(zhì)，計算水合物形成過程的標準摩爾反應焓變和標準Gibbs自由能變。期望從獲得的極性頭結(jié)構(gòu)參數(shù)及電荷、氫鍵強度、標準摩爾反應焓變和標準Gibbs自由能變數(shù)據(jù)，表明硝酸正丁胺和硝酸三乙胺中的陽離子水合過程是一個自發(fā)的放熱過程。
　　 (2)通過B3LYP/6-311+G方法，研究N-丁基吡啶類離子液體陽離子水合物穩(wěn)

4、定構(gòu)型和水分子自締合物穩(wěn)定構(gòu)型。對它們穩(wěn)定構(gòu)型進行了極性頭的氫鍵分析、結(jié)合能和熱力學分析，結(jié)果表明N-丁基吡啶類離子液體陽離子極性頭與水分子以氫鍵形式構(gòu)成水合層，水分子直接與極性頭形成的氫鍵比水分子間形成的氫鍵弱。N-丁基吡啶類離子液體陽離子在氣-液界面吸附主要是極性頭提供了與水分子間相互作用的作用力。
　　 (3)用量子化學方法研究了1-丁基-3-甲基咪唑離子液體陽離子水合物和水分子自締合的結(jié)構(gòu)和熱力學性質(zhì)，由此計算了水合物形