金属氧化物在羧基功能化离子液体中的溶解

金属氧化物在常见溶剂中溶解度较低是其应用过程中主要制约因素之一。本项目拟设计、合成羧基功能化的离子液体并表征其性质，通过改变离子液体羧基的数目、烷基链的长度、阴离子的种类调控离子液体的水溶性，探索离子液体结构与性质的关系；绘制离子液体-水二元系液液平衡相图，明确羧基功能化离子液体与水的相互作用方式，掌握温度、pH值对离子液体-水相行为的影响规律；测试金属氧化物在羧基功能化离子液体中的溶解度，考察溶解度差异选择性溶解分离金属氧化物的可能性；改变温度、pH值实现常规条件无添加剂情况下分离金属离子，认识羧基功能化离子液体分离金属的作用机制；设计、合成一系列基于金属离子-羧基功能化离子液体复合物的软材料，考察其荧光性能和发光机理，为性能优良的光学材料提供理论支持。

功能化离子液体的设计、合成和开发是当前绿色化学研究和发展的重要方向。本项目以金属氧化物的溶解为背景，在离子液体阳离子上引入了羧基官能团，设计开发了一类新型羧基功能化的离子液体，构建了物理化学性质测定、微观结构解析、结构性质关系、应用开发相结合的研究模式，研究成果在提供了基础物理化学数据的同时，开发了其在金属离子萃取、分离和荧光复合材料上应用，为新型功能化离子液体的深入研究提供了依据。研究主要取得以下结果：.1.羧基功能化离子液体的合成及其物理化学性质测定：利用三种不同方法设计合成了基于咪唑、吡咯阳离子的30种离子液体，考察了熔点、热分解温度、pH值、吸湿性等物理化学性质，探讨了离子液体阴离子种类、烷基链长度、羧基功能团数目等对这些性质的影响，绘制了部分基于TFSI离子液体的水-离子液体二元相图，测定了会溶温度和在水溶的溶解度。.2.羧基功能化离子液体的结构：利用单晶衍射技术测定了18种离子液体的晶体结构，明确了离子液体晶体中存在有homoconjugated类型的O-H…O氢键、O-H…X氢键和羧基缔合形式O-H…O氢键，这些形式的氢键是决定羧基功能化离子液体性质的关键因素之一；发现了羧基功能化离子液体间基于氢键形式不同的单晶到单晶转化现象，并实现了相互间的转化，提出了利用振动光谱中D型谱带和C=O伸缩振动谱带辨别不同氢键形式的方法。利用密度泛函理论优化了多种羧基功能化离子液体的离子对、二聚体、四聚体的稳定结构，并和晶体数据进行了对比，分析了离子对的静电势、氢键等特征，考察了相互作用的强弱，明确了羧基官能团和阴离子与水的相互作用与水溶性的关系，为认识离子液体微观结构提供了理论基础。.3.羧基功能化离子液体对金属氧化物的溶解和荧光复合材料的构建：测定了ZnO等20余种金属氧化物在羧基功能化离子液体的溶解度，发现ZnO、稀土氧化物等在这类离子液体中具有较高的溶解度，可实现易溶-不溶氧化物的直接分离；根据溶解度的差异初步考察了TFIS的羧基离子液体-水均相体系分离、萃取的可能性，实现了温控分离。测定并解析了20余种金属离子-羧基功能化离子液体的晶体结构，结合红外光谱和拉曼光谱等初步考察了金属离子配位环境、晶体堆积方式，探讨了金属离子的种类、羧基功能团的数目、离子液体阴离子、有机配体等对光谱的影响，认识了发光机制，为荧光复合材料的设计和制备提供了有益参考。