在室温(297 K)条件下,将饱和的[C2mim][PF6]甲醇溶液密封于金刚石对顶砧的样品腔中,在加压的过程中[C2mim][PF6]逐渐结晶析出,对样品腔加热使晶体完全溶解,自然冷却至室温后,再对样品进行加压实现重结晶,整个加压过程样品腔的照片如图3-8所示。
首先,将饱和的[C2mim][PF6]甲醇溶液密封于样品腔中,样品腔内析出的晶体说明溶液处于饱和状态。随着压强的增加,[C2mim][PF6]逐渐从溶液中结晶析出,在加压的初始阶段,晶体生长迅速,但当压强大于0.9 GPa时,晶体的尺寸几乎保持不变,如图3-8(a)~(d)所示。
由于Invia型拉曼仪具有很好的空间分辨率,因此可将激光聚焦于[C2mim][PF6]在甲醇溶液中晶体的不同位置,获得晶体不同位置的拉曼光谱。图3-9和图3-10的光谱取自图3-8(b)中位置A和位置B,分别代表常压时已经存在的原始晶体和新生长的晶体。由于[C2mim][PF6]晶体被甲醇溶液包围,因此光谱为两者的叠加。为了便于比较,图3-9和图3-10中还分别给出了[C2mim][PF6]和甲醇的拉曼光谱及相关特征峰的指认。根据以往的研究,[C2mim]+具有两种稳定的构象:平面构象和非平面构象。[C2mim][PF6]在241cm-1,297cm-1,387cm-1,430cm-1和448 cm-1处的拉曼峰分别代表非平面,非平面,非平面,非平面和平面的构象。
如图3-9(a)所示,在整个实验过程中并未出现峰位在448 cm-1的拉曼峰,这说明位置A处的原有晶体为非平面构象,并且在高压下也没有出现平面构象,这和常温常压下[C2mim][PF6]晶体的构象一致。图3-9(b)中,高压下C—H伸缩振动的光谱形状几乎一样,这说明当压强增加至1.4 GPa的过程中,[C2mim][PF6]在甲醇溶液中的原有晶体一直保持一种晶相(标记为相Ⅰ),相Ⅰ为非平面构象。(www.daowen.com)
如图3-10(a)所示,[C2mim][PF6]从甲醇溶液中新生长的晶体同样为非平面构象。但是峰位469 cm-1处代表P—F对称弯曲振动的拉曼峰出现了劈裂。此外,图3-10(b)中的C—H伸缩振动的光谱区域,2984 cm-1处拉曼峰的半峰宽(FWHM)明显大于常压下晶体的半峰宽,并且在更高压强下拉曼峰劈裂为两个峰。高压下对甲醇的研究表明,常温下甲醇在约3.5 GPa时结晶,拉曼光谱发生劈裂。而实际上,甲醇难以结晶,容易形成过压的液态,当压强增加至9.2 GPa时,其拉曼光谱只出现展宽并不发生劈裂。在本研究中压强低于2.0 GPa,因此光谱发生的劈裂不可能源自甲醇。在峰位2984 cm-1处出现的新峰应源自在溶液中新生长的[C2mim][PF6]晶体。由此可以预测[C2mim][PF6]在甲醇溶液中新生长的晶体是[C2mim][PF6]的另一种晶相(标记为相Ⅱ)。综上所述,在压强增加至1.4 GPa的过程中,[C2mim][PF6]在甲醇溶液中的原有晶体和新生长的晶体为两种不同的晶相,这两种晶相都是非平面构象。
图3-8 高压下金刚石对顶砧中样品腔的照片。[(a)~(d)室温(297 K)下,加压逐渐结晶,(e)加热后晶体逐渐溶解,(f)~(i)自然冷却至室温后,加压重结晶]
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