室温离子液体的介绍及其研究进展

室温离子液体(roomtemperatureionicliquid，RTIL)又称室温熔盐(roomtemperaturemoltensalt，RTMS)，是由特定阳离子和阴离子构成的在室温或近室温条件下呈液态的新型“软”功能材料或介质，具有导电率高、蒸气压低(或零蒸气压)、液程宽、化学与电化学稳定性好、无污染和易回收等突出的优点，近年来被誉为绿色溶剂。又因为人们可以选择性地将某种有机阳离子和某种阴离子结合在一起，“设计”合成具有适合某种特殊需要的离子液体，因而又被称为设计者溶剂。自从20世纪70年代美国科学家JohnS．Wilkes把室温离子液体应用于电池系统以来，特别是近几年来，室温离子液体用于现代电化学系统的可行性和优越性正在被广大电化学工作者认可和接受。本章主要探讨不同室温离子液体电解质的制备、理化性质及其用于锂离子电池的优势和存在的问题。
1914年，人类合成了第一个室温离子液体硝酸乙基铵(EtNH3NOa)，其熔点为12℃，但这一工作未能引起人们的注意。1951年，Hurley等报道了由A1Cla和溴化N—乙基吡啶(摩尔比1:2，熔点为45℃组成的室温熔盐，并以之作为电解质，在其中电解析出多种不活泼的金属，如Ag、Cu、Po等，这一研究也未能引起人们的兴趣。1976年，Osteryouny等发现Hurley所报道的室温熔盐可以与苯以任意比互溶，并将其用作烷基化反应的介质，从而为在全新的条件下实现复杂的有机反应开辟了新途径。随后，Osteryouny等报道了由A1C13与氯化N—正丁基吡啶(BPC)所形成的室温离子液体体系，该体系在A1C13与BPC的摩尔比为(0.75~2)：1范围内具有低于室温的熔点，并进一步研究了某些芳香烃及其衍生物在该离子液体中的电性质和光谱学性质，测定出体系中2A1C14———A12C1~+C1-在30~C时的平衡常数为3．8X10-“。同年，Hussey等系统研究了氯代烷基吡啶与A1C1形成的室温离子液体，并测定了A1C13含量为67％时熔盐的黏度和导电性质。与此同时，他们还对由AICl3与N—甲基吡啶形成的室温熔盐的电化学行为和A1C1，与BPC形成的室温熔盐中Coz+的电化学性质与光谱学性质进行了研究。1982年，Hussey等又报道了一种组成为A1C13与氯化1—甲基—3—乙基咪唑的室温离子液体体系(EMIC-A1C13)，在摩尔比为A1C13；EMIC＝2：l时熔点最低可达一75~C，它与烷基吡啶类熔盐体系性质相似，但电导率比A1Cla—BPC体系高2—3倍，且黏度低一半左右，电化学稳定性也明显优于烷基吡啶类。这一体系的优越之处还在于它可以溶解噻蒽、二茂铁、CuCl2、TiClz等多种物质，并与苯、甲苯、乙腈等溶剂以任意比混溶，缺点是对水敏感，极易吸收空气中的水分而变质，并对某些金属具有很强的腐蚀性。
1—甲基—3—乙基咪唑四氟硼酸盐(EMI-BF4)和1—甲基—3—乙基咪唑六氟磷酸盐(EMI-PF6)的出现成为室温离子液体发展史上的一次飞跃。这两种RTIL的物理化学性质与EMI&A1C13体系相似，但具有很强的疏水性，在空气中的稳定性大大提高，因此受到了人们广泛的关注。至此，室温离子液体的合成、表征与应用步人了一个崭新的阶段，人们开始探寻阴、阳离子的结构及相互作用与室温熔盐的熔点、黏度及其它物理化学性质的关系。