離子液體超分子凝膠制備及其性能的研究.pdf

1、離子液體超分子凝膠具有高的電導(dǎo)率、良好機(jī)械性能、熱穩(wěn)定性和出色的安全性，是一種具有應(yīng)用前景的新型電解質(zhì)材料，其性能受凝膠因子與離子液體結(jié)構(gòu)的影響。本文通過(guò)分子設(shè)計(jì)合成了三類結(jié)構(gòu)不同的凝膠因子，研究了所合成的凝膠因子在不同結(jié)構(gòu)的離子液體中的凝膠化性能、熱穩(wěn)定性、凝膠強(qiáng)度、電化學(xué)性能，輔以量子化學(xué)計(jì)算，探討了凝膠因子的結(jié)構(gòu)和離子液體的結(jié)構(gòu)對(duì)離子液體超分子凝膠性能的影響。所得結(jié)果如下：
　　 1、合成了不同碳鏈長(zhǎng)度的二苯甲烷類(G1)

2、、二苯醚類(G2)兩類6種凝膠因子。G1與G2無(wú)需助溶劑能使所試驗(yàn)的離子液體凝膠；G2類凝膠因子的凝膠化性能優(yōu)于G1，這是由于G2中的醚氧鍵更有利于形成分子間的氫鍵。G1與G2在離子液體中的凝膠化能力隨碳鏈長(zhǎng)度增加而增強(qiáng)，這與長(zhǎng)鏈烷基親溶劑作用增強(qiáng)，更易發(fā)生自組裝有關(guān)。量子化學(xué)計(jì)算結(jié)果表明，凝膠因子在自組裝的過(guò)程形成氫鍵；隨碳鏈長(zhǎng)度增加，凝膠因子二聚體結(jié)合能降低，表明凝膠因子自組裝能力更強(qiáng)，理論計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。
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3、、離子液體超分子凝膠的相轉(zhuǎn)變溫度(TGS)隨凝膠因子濃度和碳鏈長(zhǎng)度的增加而增大，這是因?yàn)樘兼滈L(zhǎng)度增加凝膠因子的自組裝能力增加，需要更高溫度來(lái)解締凝膠所致。凝膠強(qiáng)度隨著凝膠因子碳鏈長(zhǎng)度增加而減弱，這是由于凝膠因子自組裝的有序度隨碳鏈長(zhǎng)度增加而降低，承受外力的能力減弱。離子液體凝膠的電導(dǎo)率隨著凝膠因子碳鏈長(zhǎng)度的增加而下降，但仍與純離子液體的電導(dǎo)率在同一個(gè)數(shù)量級(jí)；離子液體凝膠的電化學(xué)窗口不受凝膠因子碳鏈的長(zhǎng)度影響，表明離子液體形成超分子凝膠并

4、不影響其氧化還原性能。
　　 3、離子液體的結(jié)構(gòu)對(duì)G2-7凝膠因子的凝膠化性能產(chǎn)生影響。咪唑環(huán)上陽(yáng)離子體積越小，凝膠因子在其中的凝膠化能力越強(qiáng)。TGS隨凝膠因子濃度增大而增加，但隨咪唑環(huán)上取代基的增大而降低。量子化學(xué)計(jì)算表明隨咪唑環(huán)上取代基的增大，離子液體的二聚體結(jié)合能升高，從而使其與凝膠因子間的作用增強(qiáng)，導(dǎo)致凝膠因子在其中的自組裝能力降低，與TGS隨取代基體積變化的結(jié)果一致。凝膠強(qiáng)度隨咪唑環(huán)上取代基的增大而增強(qiáng)，這與離子液體的

5、黏度隨取代基增大導(dǎo)致承受外力的能力增加有關(guān)；而離子液體超分子凝膠的電導(dǎo)率隨陽(yáng)離子取代基的增大而下降；取代基的大小對(duì)離子液體超分子凝膠的電化學(xué)窗口沒(méi)有影響。
　　 4、合成了含溴的帶雙長(zhǎng)鏈的賴氨酸類凝膠因子(G4)，探索了月桂酰賴氨酸類凝膠因子在離子液體中的凝膠化性能。結(jié)果表明含溴的長(zhǎng)鏈取代的賴氨酸凝膠因子對(duì)疏水性強(qiáng)的離子液體有很好的凝膠化效果，TGS隨凝膠因子濃度增加而提高。而月桂酰賴氨酸則不能在咪唑型離子液體中自組裝形成凝膠。