離子液體在氣-液界面吸附的量子化學(xué)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(duì)較大結(jié)構(gòu)不對(duì)稱的有機(jī)陽(yáng)離子和體積相對(duì)較小的無(wú)機(jī)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(dǎo)電性、寬的電化學(xué)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(diǎn)。在綠色化學(xué)的興起，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整對(duì)傳統(tǒng)材料和生產(chǎn)過(guò)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(jī)溶劑的“綠色溶劑”。
　　 眾所周知，當(dāng)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(qiáng)的表面活性，這說(shuō)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(xiàn)報(bào)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(guān)注。本論文的目的是，從理論上研究離子液體陽(yáng)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(yīng)中的綜合應(yīng)用提供理論依據(jù)。本論文主要分為三個(gè)部分:

3、
　　 (1)用量子化學(xué)方法，研究硝酸正丁胺和硝酸三乙胺2種離子液體陽(yáng)離子與水分子形成水合物的電子結(jié)構(gòu)和熱力學(xué)性質(zhì)，計(jì)算水合物形成過(guò)程的標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓變和標(biāo)準(zhǔn)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(qiáng)度、標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓變和標(biāo)準(zhǔn)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(yáng)離子水合過(guò)程是一個(gè)自發(fā)的放熱過(guò)程。
　　 (2)通過(guò)B3LYP/6-311+G方法，研究N-丁基吡啶類離子液體陽(yáng)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(duì)它們穩(wěn)定構(gòu)型進(jìn)行了極性頭的氫鍵分析、結(jié)合能和熱力學(xué)分析，結(jié)果表明N-丁基吡啶類離子液體陽(yáng)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(yáng)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(xué)方法研究了1-丁基-3-甲基咪唑離子液體陽(yáng)離子水合物和水分子自締合的結(jié)構(gòu)和熱力學(xué)性質(zhì)，由此計(jì)算了水合物形