离子液体中溶剂化电子的反应动力学研究

与水辐解产生具有还原性的水合电子相似，离子液体受到高能射线照射后也产生溶剂化电子，该溶剂化电子的吸收在近红外区域且寿命长达数百纳秒。由于离子液体中溶剂化电子的特性与水合电子或常规有机溶剂中的溶剂化电子存在巨大差异，在反应动力学研究领域引起了科学家的特别关注。本项目以具有时间分辨能力（纳秒级）的电子束脉冲辐解为主要手段，选择含不同取代的阳离子或阴离子基团的若干咪唑类、吡啶类离子液体为研究对象，研究离子液体中溶剂化电子的反应动力学、以及溶剂化电子与有机分子或离子的瞬态吸收光谱和动力学行为。该项目研究，将有助于从微观、动态、分子反应的角度揭示离子液体的溶剂特性，有望通过调整离子液体的阳离子的化学结构或阴、阳离子组合，实现对溶剂化电子反应速度的调控；也将有助于更完整地了解辐射条件下离子液体中可能发生的辐射化学反应及过程，对离子液体在核燃料处理中的潜在应用具有参考价值。

本项目以具有时间分辨能力（纳秒级）的电子束脉冲辐解和激光光解为主要手段，选择常见的离子液体：烷基取代链改变的咪唑类[Bmim][BF4]离子液体， N-丁基吡啶[BuPy][BF4]， 以及胆碱型季铵盐离子液体R4NZn2Cl5为代表，研究离子液体受到高能射线照射后，产生的瞬态物种，如溶剂化电子、离子自由基或激发态等反应性。如研究发现咪唑环上取代基的位置影响离子液体的反应性，三取代的离子液体与水合电子，SO4自由基反应速率均要低于两取代的咪唑离子液体；而烷基链的长度、阴离子类型对反应的影响很小。进一步利用理论计算验证不同取代位置影响咪唑环上的电子云密度的分布，从而影响反应速率。吡啶离子液体的反应活性比咪唑和季铵盐类高，它能与水合电子或溶剂化电子反应生成吡啶中性自由基，该自由基可进一步与某些有机分子发生电子转移，而该类反应的反应速率比扩散控制的反应速率值高1-2个数量级，证实离子液体特殊的阴阳离子的排列，更有利于电子的跃迁。同时利用若干有机探针分子（蒽醌类、酮类等）在离子液体或离子液体与常规溶剂的二元体系中的瞬态反应过程，通过改变离子液体与常规溶剂互配、探针分子的类型等途径考察瞬态分子或自由基的动力学行为，并与常规溶剂中的研究结果进行比较，结合流变行为研究，总结离子液体的黏度、溶剂特性对反应动力学的影响规律，探索了离子液体的组成、极性等产生溶剂化电子性质的影响。.该项研究共发表论文九篇，其中JPCL一篇，Dalton Trans 一篇，RCI一篇，RPC一篇，RR一篇，CSB两篇，培养博士研究生1名，硕士研究生3名。该项研究成果对离子液体在有机合成、核燃料处理等领域的应用具有重要指导意义。