离子在溶液里的结构和动力学

This research plan will combine 1D and 2D IR spectroscopy and ultrafast molecular rotational method to systematically investigate the structures and dynamics of ions in organic liquids: lithium ionic solutions and ionic liquids. The research is aimed to solve two fundamental problems: (1) the solvation structures of lithium cation in organic solutions, and (2) the structures of ionic liquids---ion pairing or free ions. Solving these problems will further the understanding of these concentrated and pure ionic liquids at the molecular level, facilitating the development of theory to quantitatively describe these sophisticated condensed systems at both microscopic and macroscopic levels.

本计划利用超快分子转动法及一维和二维红外结合的办法来系统地研究离子在有机溶液里的结构和动力学。主要研究对象是锂离子溶液和有机离子液体。拟解决两个关键科学问题：（1）阐明锂离子溶剂化复合物的结构及动态行为；（2）回答在有机离子液体里离子是否结合成离子对还是完全解离的基本结构问题。这些问题的澄清将会促进进一步理解离子浓溶液和纯离子液体的微观分子行为，为将这些微观行为跟它们的宏观表现和应用联系起来，以达到最终能在理论上定量描述和指导它们的设计和具体功能的实现提供实验基础。

本项目利用自主发展的超快多维光谱技术对离子在液体里的动力学与结构，电子在凝聚态的动力学行为进行了系统性的研究，并把得到的基础知识应用到实用的研究上。取得一系列创新性的结果：（1）解析出离子液体的结构，发现离子液体主要由自由离子组成的，结束了关于这个问题长期的学术争论；（2）实现了对快速变化的反应物离子-催化剂复合物反应中间体三维结构的测量，并由此发展出了高效的甲酸产氢的催化剂；（3）发展出了迄今为止有报导循环寿命最长的锌离子水系二次电池；（4）揭开了四苯乙烯类分子聚集诱导发光的机理。