咪唑类聚离子液体自发聚集行为的研究

摘要

聚离子液体能够通过自组装形成高度有序的微观结构，广泛用于软模板材料、介孔材料以及高吸附性材料等的制备。聚离子液体所形成的有序结构与其溶液性质、聚离子液体在溶液中的微观聚集结构等密切相关。然而，聚离子液体分子自发聚集形成有序结构的影响因素及机理等还不是很清楚。
　　本文通过改变烷基咪唑类聚离子液体烷基取代基链长、阴离子种类等对聚离子液体分子结构进行设计，有目的地合成具有不同长度烷基链及阴离子的聚离子液体。考察所合成的烷基取代咪唑类聚离子液体在溶液中的自发聚集形貌，进而探讨聚离子液体聚集行为的影响因素及其自发聚集过程中的热力学函数值（△GΘm，△HΘm，△SΘm）的变化。
　　本文利用显微镜和透射电子显微镜，观察聚离子液体聚集体的形貌，同时通过UV-vis的分析方法得到了不同聚离子液体在溶液中的临界聚集浓度CAC。根据测得的CAC和反离子结合度β，计算了其在聚集过程中的热力学函数值的变化。实验结果表明：
　　1.不管聚离子液体上阴离子是Br-还是BF4-，当其烷基链链长小于16时，所形成的聚集体没有出现层状有序结构；而当烷基取代链为C16时，其聚集体能够形成“洋葱”状的层状结构，而且这种规则有序的层状结构能够长时间保持。
　　2.聚离子液体聚集体大小和烷基取代基链的长度有关，和咪唑环所配对的阴离子无关，其尺寸随着烷基取代基链的长度增长而增大。
　　3.聚离子液体PIL-CnX的临界聚集浓度CAC具有结构依赖性和温度依赖性。随着n值的增大和温度的升高，其CAC降低。
　　4.聚离子液体 PIL-CnBr、PIL-CnBF4和 PIL-CnPF6的聚集过程受到温度的影响。温度越高，越有利于其聚集。
　　5.聚离子液体的聚集过程与其烷基取代基链长及配对阴离子密切相关。对于PIL-CnBr，烷基链长度的增加，△GΘm减小，有利于其在溶液中的自发聚集；然而，对于PIL-CnBF4和PIL-CnPF6，随烷基链长度的增加，△GΘm却逐渐增加，自发聚集的趋势减弱。
　　6.聚离子液体PIL-CnBr、PIL-CnBF4和PIL-CnPF6的聚集行为均是熵驱动的过程。
　　本文系统地研究烷基取代咪唑类聚离子液体的取代基链长、阴离子种类、温度等对聚离子液体自发聚集过程的影响，对于聚离子液体自发聚集过程、聚集体的结构形貌的调控进行了有益的探索。研究结果对于软模板材料、介孔材料等功能高分子材料的制备及结构优化具有重要意义。

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第一章 绪论

1.1 前言

1.2 离子液体

1.3 离子液体的自发聚集

1.4 聚离子液体

1.5 聚离子液体的自发聚集

1.6 立题意义

第二章 离子液体及其聚合物的合成与表征

2.1 前言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 本章结论

第三章 烷基咪唑类聚离子液体自发聚集行为的研究

3.1 前言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 本章结论

第四章 咪唑类聚离子液体自发聚集热力学行为的研究

4.1 前言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 本章结论

参考文献

已发表或待发表论文

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