理论教育 高压下离子液体的结晶学研究结果

高压下离子液体的结晶学研究结果

时间:2023-11-05 理论教育 版权反馈
【摘要】:研究高压下影响离子液体结晶的因素,有助于加深对离子液体结构的认识,同时压强诱导离子液体结晶可能是实现离子液体回收提纯的潜在方法。高压下离子液体的结晶可以通过不同的加压途径实现。个别离子液体易于结晶,如[C4mim][PF6],同时,高压下[C4mim][PF6]的多种晶态与丁基链上的构象变化有关。个别离子液体在卸压过程中结晶,如[C2mim][BF4]和[C8mim][PF6]。[C2mim][CF3SO3]由中国科学院兰州化学物理所提供,纯度99.5 wt%以上。

高压下离子液体的结晶学研究结果

研究高压下影响离子液体结晶的因素,有助于加深对离子液体结构的认识,同时压强诱导离子液体结晶可能是实现离子液体回收提纯的潜在方法。近年来,关于高压下离子液体结构和相变的研究表明:部分离子液体在高压下易于结晶,但很多离子液体在高压下难以结晶,而是由过压的液态转变为玻璃态。高压下离子液体的结晶可以通过不同的加压途径实现。个别离子液体易于结晶,如[C4mim][PF6],同时,高压下[C4mim][PF6]的多种晶态与丁基链上的构象变化有关。个别离子液体在卸压过程中结晶,如[C2mim][BF4]和[C8mim][PF6]。

普遍认为,决定物质结构和相态的3个重要维度是压强、温度、组分。高压下物质结晶形成热力学稳定相,需要经历成核和晶体生长这些与时间相关的过程。如果样品还没达到成核的尺寸就被固定下来,这时只能获得某种亚稳态,因此决定物质结构和相态还存在第四个维度——时间。为什么高压下有些离子液体易于结晶,而有些离子液体难以结晶?这种现象固然与每种离子液体由特定的阴阳离子组成并形成了自身独特的液体结构有关。同时,动力学效应可能也起到重要的作用。因此,我们利用原位拉曼光谱技术研究了不同的加压速度对1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐([C2mim][CF3SO3])高压下相行为的影响,同时对阳离子[C2mim]的构象变化与多晶相的关系进行了分析,发现一种未知的阳离子构象。

[C2mim][CF3SO3]由中国科学院兰州化学物理所提供,纯度99.5 wt%以上。所有测试前,样品在353 K真空保持至少3日以上,以降低水分和挥发性化合物的含量。样品相对分子质量为260.23,熔点为264 K,室温下处于液态。(www.daowen.com)

本实验使用对称型金刚石对顶砧压机,砧面直径约为350μm,垫片选用T301不锈钢片,垫片预压至约150μm,样品被密封于垫片中心的直径约100μm的孔中。压强采用红宝石荧光技术标定。实验所用拉曼光谱仪为Renishaw公司inVia型拉曼光谱仪(Renishaw,英国),激发光源532 nm,输出功率约50 mW。

所有高压下的拉曼光谱测试均在室温下(297 K)完成。为了确保采谱时样品处于平衡状态,样品在每个压强点下保持10 min后进行采谱。在记录光谱数据的过程中,每次压强增加的时间间隔约为30min。实验过程中设计了不同的加压速度:一种以较低的加压速度,加压速度约为0.3 GPa/h;另一种以较高的加压速度,加压速度约为1.2 GPa/h。

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