離子液體結構性質與相互作用的計算.pdf

1、咪唑類離子液體以其獨特的物理化學性質和在眾多領域的巨大應用潛能而引起廣泛的關注。本文結合我們的研究工作,從研究離子液體的結構與內部相互作用出發(fā),進一步擴展到離子液體和水分子的相互作用,采用量子化學計算、分子動力學模擬和實驗相結合的方法,從不同角度來研究離子液體中的各種相互作用。論文首先采用密度泛函理論和從頭計算方法對離子液體中陰陽離子之間的相互作用進行了研究。我們將咪唑陽離子的周圍劃分為多個區(qū)域,對這些區(qū)域中陰陽離子間的相互作用分別進行

2、了研究。研究表明,在咪唑環(huán)的周圍存在著多個活性區(qū)域,在這些區(qū)域里,陰陽離子間能形成穩(wěn)定的離子對結構。根據計算得到的結果我們可以預測出最穩(wěn)定的結構。同時,我們通過計算發(fā)現(xiàn)離子液體中存在氫鍵,并對陰陽離子間形成的氫鍵進行了深入的分析,發(fā)現(xiàn)離子液體形成氫鍵的強弱與陰陽離子的大小和對稱性有關。微量水的存在對離子液體的物理化學性質及其催化性能有顯著的影響。我們采用量子化學計算的方法研究了離子液體中陰離子和水分子之間的相互作用,發(fā)現(xiàn)陰離子能夠和水分

3、子形成強的氫鍵作用。相互作用強弱順序為:Cl-與水>BF4-與水>PF6-與水。發(fā)現(xiàn)陰離子PF6-不能和水分子形成穩(wěn)定的構型,這充分體現(xiàn)了PF6-陰離子的疏水性。本文用量子化學計算對幾十種具有代表性的咪唑離子液體進行計算并與文獻和數(shù)據庫中收集的離子液體的熔點進行比較,討論了熔點與結構及其相互作用能的關系。另外,用密度泛函方法模擬計算了咪唑離子液體的紅外光譜,并與實驗測定的數(shù)據進行對比。通過以上研究,本論文建立了用實驗、理論和