馬鳳雨

摘 要：近年來，由于實(shí)際應(yīng)用的需要，傳統(tǒng)的水熱合成技術(shù)已經(jīng)不能滿足實(shí)際生產(chǎn)生活的需要，材料需要迫切需要尋找一種新的材料合成方法，離子液體作為一種新的溶劑可以滿足材料學(xué)家的需要，并且在晶體合成的領(lǐng)域得到了應(yīng)用并具有深遠(yuǎn)的意義。

關(guān)鍵詞：溶劑熱合成；離子液體；晶體

1 材料的合成技術(shù)簡介

1.1 水熱合成

水熱合成技術(shù)在無機(jī)合成領(lǐng)域有著重要的地位，在1862年，S·C·DeviUe的實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)在歷史上第一次采用水熱法合成沸石。著名科學(xué)家Barrer和Milton采用水熱合成技術(shù)在沸石研究領(lǐng)域開拓性的工作被稱為沸石科學(xué)之父[1]。通常水熱合成是以水為介質(zhì)，在封閉的容器中進(jìn)行，以水的自生壓力并且在一定溫度下進(jìn)行的反應(yīng)，其溫度一般在110～260°C。

在水熱反應(yīng)的條件下，水的一些性質(zhì)都會(huì)發(fā)生變化，如蒸汽壓上升、黏度下降、擴(kuò)散系數(shù)增大、離子積增大、介電常數(shù)和表面張力下降等，由于較常溫常壓下液體的黏度，水熱液體的數(shù)量級降低2個(gè)，在有效的擴(kuò)散條件下，水熱晶體的生長速率更高。

1.2 溶劑熱合成

由于新材料合成技術(shù)的研究被不斷地深入，材料學(xué)家發(fā)現(xiàn)合成反應(yīng)的溶劑并不是只有水一種，金屬鹽類、有機(jī)胺在水中可以溶解，在非水介質(zhì)中也能溶解，并且在這些溶劑中，一些新穎的功能材料已經(jīng)被合成出來[2-4]。所謂的非水體系，就是除了水以外的其他溶劑，也包括其他溶劑和水的混合溶劑，合成體系中粒子的運(yùn)輸被這些溶劑的極性、接受和供給電子對的能力、溶劑軟硬程度、黏度等方面影響著。因此只要條件適合，在非水溶劑中同樣可以合成出新材料。

由于水和非水溶劑區(qū)別，一些組分在某些方面發(fā)生較大的變化，如黏度、介電常數(shù)、酸和堿的緩沖能力等。因?yàn)橛袡C(jī)溶劑在官能團(tuán)上的差別，以及在沸點(diǎn)和黏度等方面的區(qū)別，使得產(chǎn)物合成路線和合結(jié)構(gòu)的多樣性方面有所增加，有機(jī)溶劑和水在極性和溶劑化能力上存在較大的差異，在合成反應(yīng)中由于反應(yīng)介質(zhì)的不同，一起成鍵能力的強(qiáng)弱區(qū)別，基于以上的特點(diǎn)與水熱合成條件相比，科研工作者得到了許多新的化合物。

以上事實(shí)已經(jīng)證明由于非水溶劑的一些特點(diǎn)，使得中間介穩(wěn)態(tài)以及特殊物相較易形成，從而能夠得到一系列特種介穩(wěn)結(jié)構(gòu)、特種凝聚態(tài)和集聚態(tài)的新材料。

1.3 離子液體簡介

離子液體（ionic liquids）是指全部由離子構(gòu)成的液體，在室溫或室溫附近溫度下呈液態(tài)的由離子構(gòu)成的物質(zhì)，稱為室溫離子液體、室溫熔融鹽、有機(jī)離子液體等，目前尚無統(tǒng)一的名稱，但傾向于簡稱離子液體，他們一般是由有機(jī)的陽離子和無機(jī)陰離子組成，由于陰陽離子之間的作用力為庫侖力，由于離子液體中陰陽離子半徑較大，導(dǎo)致它們之間的作用力越小，離子化合物的熔點(diǎn)就越低。離子液體中陰陽離子體積越大，結(jié)構(gòu)越松散，它們之間的作用力較低，以至于熔點(diǎn)接近室溫。在綠色化學(xué)的框架的基礎(chǔ)上，離子液體作為新型的介質(zhì)、材料迅速地發(fā)展起來。

2 離子液體的性質(zhì)

物質(zhì)的性質(zhì)受其結(jié)構(gòu)的影響，在室溫的條件下，離子液體以液態(tài)的形式存在，主要是由其結(jié)構(gòu)決定的。

2.1 熔點(diǎn)：目前對影響離子液體熔點(diǎn)因素還不是很明確，一般而言，當(dāng)陽離子相同時(shí)，陰離子半徑越大，陰、陽離子的作用力減弱，物質(zhì)的晶格能減小，化合物的熔點(diǎn)能降低。通常，Cl->NO2>NO3>AlCl4>BF4->CF3SO3>CF3CO2。

2.2 溶解性：大部分的離子液體都有很好的溶解性，這個(gè)性能同樣與其陰、陽離子密不可分。陽離子的非極性越大，對應(yīng)的溶解性也會(huì)增大；陰離子對離子液體溶解性的影響可通過水在離子液體中的溶解性來看。

2.3 熱穩(wěn)定性：主要有兩方面影響離子液體的熱穩(wěn)定性：1）雜原子與碳原子之間的作用力；2）雜原子與氫原子之間的作用。陰離子半徑越大，熱穩(wěn)定性溫度越高，當(dāng)陽離子烷基鏈的增加時(shí)，其熱穩(wěn)定性溫度也會(huì)增加。例如：[emim]BF4 （[emim]指1-乙基-3-甲基咪唑陽離子） 在300℃的時(shí)候仍然能穩(wěn)定存在。離子液體與很多有機(jī)溶劑和水相比，具有更為寬闊的穩(wěn)定液態(tài)溫度范圍，使得離子液體應(yīng)用更為廣泛。

2.4 酸堿性： 陰離子本身決定了離子液體的酸堿性。由BF4-、PF6-、NO3-、ClO4-等構(gòu)成的離子液體，在通常的情況下為中性。但是，陰離子的含量也會(huì)影響酸堿性，如： AlCl3和[Bmim]Cl混合時(shí)，不同的摩爾比酸性不同。

3 離子液體中晶體的合成

有機(jī)—無機(jī)雜化材料的合成中，機(jī)分子作為一組分被引入無機(jī)物結(jié)構(gòu)中，進(jìn)而可以增加材料結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性、功能的先進(jìn)性。這類材料的特點(diǎn)是有機(jī)組分在控制無機(jī)物生長中起著重要作用，無機(jī)物的微結(jié)構(gòu)因?yàn)橛袡C(jī)組分的存在而改變。目前有機(jī)—無機(jī)雜化材料的發(fā)展趨勢是從熱力學(xué)控制向動(dòng)力學(xué)控制轉(zhuǎn)移，這使得平衡相產(chǎn)物被結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜的介穩(wěn)相產(chǎn)物所代替。 離子液體由于其獨(dú)具的性質(zhì)特點(diǎn)，可能比水和醇類更適合作為合成某些低維化合物的介質(zhì)，因?yàn)樗鼈冊陔x子液體中的溶解度不是很小，且由于在其中的氧化還原性質(zhì)發(fā)生了某些變化，不會(huì)發(fā)生明顯的水解反應(yīng)等可能，是合成這些化合物的合適介質(zhì)，是水不可比擬的。

在離子液體中有效地合成晶體材料的新方法，進(jìn)一步推動(dòng)了溶劑熱合成技術(shù)在晶體工程中的發(fā)展。在晶體材料的合成發(fā)展研究中，離子液體是一種非常有發(fā)展前景的溶劑。以離子液體作為溶劑，能夠給予晶體生長一種新的環(huán)境環(huán)境，通過控制合成條件，考慮分子中可能存在的作用力、金屬配位和分子識(shí)別等因素，可能達(dá)到控制自聚和控制結(jié)構(gòu)的目的。離子液體作為反映介質(zhì)在晶體合成中的應(yīng)用，能夠合成出傳統(tǒng)溶劑條件下得不到的材料，對于開拓新的材料合成領(lǐng)域有著重要的意義。

參考文獻(xiàn)

[1]J. M. Lehn. "ComprehensiveSupramoleeularChemistry"'V01 . 2， 6. 9. pergamen 1996.

[2]R.P. Bontchev， S.C. Sevov， Inorg. Chem. 35 （1996） 3910.

[3]R. Kniep， G. Go¨zel， B. Eisenmann， C. R？hr， M. Asbrand， M. Kizilyalli， Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 33 （1994） 749.

[4]C.H. Park， K. Bluhm， Z. Naulurforsch. 50B （1995） 1617.