三个组分均由离子液体组成的微乳液体系的结构、性质和应用

The traditional aqueous and nonaqueous microemulsions have been reveived widespread applications in many fields. The major disadvantage of the conventional microemulsions is the relatively narrow liquid temperature range and using toxic volatile organic solvents. This significantly restricts the applications of such microemulsions. In this project, different functional ionic liquids were synthesized. Microemulsions solely consisting of three different ionic liquids were prepared. The phase behavior, microstructure, physicochemical properties of this novel microemulsions were characterised by conductivity, surface tension,isothermal titration calorimetry, dynamic light scattering, small angle X-ray scattering and cryo-transmission electron microscope. Effect of the structure of ionic liquids cation,type of anion and temperature on the microstructure and physicochemical properties of microemulsions were analysed in detail. The interaction between components of this novel microemulsions were discussed with FTIR-Raman spectroscopy and NMR. The internal relation between macroscopic properties and microstructure of this novel microemulsions were proposed. In addition, this novel ionic liquid-based microemulsions was used as green media for material synthesis in order to explore the new applications. It is expected that the results of this project will broaden the application field of microemulsions, and will provide new information for the research and application of ionic liquid-based microemulsions. At the same time, this novel system will also act as a newly green media for synthesis.

经典的含水和非水微乳液体系得到了广泛的应用，但由于所用的溶剂具有较窄的液体稳定范围，甚至有的溶剂具有挥发性和毒性，限制了微乳液体系的应用。本项目拟在设计合成功能化离子液体的基础上，用离子液体同时取代微乳液中的所有组分，形成全部由离子液体构筑的微乳液体系。利用电导、表面张力、等温量热、动态光散射、小角x射线散射、低温电镜等方法研究微乳液体系的相行为、微观结构、物理化学性质，分析离子液体阳离子结构、阴离子类型、体系的温度等因素对微乳液微观结构和物理化学性质的影响规律。并利用红外光谱、拉曼光谱、核磁共振等方法研究微乳液组分之间的相互作用，探索全离子液体微乳液体系的微观结构与宏观性质的内在联系，同时寻求该类微乳液体系作为绿色合成介质在纳米材料合成等方面的应用。本项目研究成果不仅会大幅度拓宽微乳液体系的应用范围，同时将会发展成一类新的绿色反应介质，对离子液体微乳液体系的研究和应用具有重要的参考价值。

经典的微乳液体系一般都由水、有机溶剂和表面活性剂组成，该类体系在较高温度下的不稳定性限制了微乳液体系作为反应和材料合成介质的应用，因此，设计高温稳定的微乳液体系具有较重要的意义。本项目设计合成了不同结构的离子液体，用这些离子液体同时取代微乳液中的所有组分，形成全部由离子液体构筑的微乳液体系。利用表面张力、核磁共振、动态光散射、小角x射线散射、冷冻透射电镜等方法研究了微乳液体系的物理化学性质和微观结构，分析离子液体阴阳离子结构、温度等因素对微乳液微观结构和物理化学性质的影响规律。探索了该类高温稳定的微乳液体系作为绿色合成介质在纳米材料合成方面的应用。主要研究结果如下：.1. 设计合成了100余种不同结构的离子液体，利用DSC、NMR和热重分析等方法对其进行了表征，讨论了部分功能化离子液体的物理化学性质，如FeCl4型离子液体的下临界互溶温度现象等。.2. 利用表面张力法和NMR法研究了离子液体表面活性剂在质子型离子液体中的聚集。结果表明聚集驱动力来自于疏溶剂作用。质子型离子液体（如EAN等）能够形成类似水的三维氢键网络，可以作为较好的离子液体表面活性剂自组装介质。如果其阳离子引入可以形成氢键的基团（如EOAN），它可以形成更加致密的氢键网络，从而明显降低cmc数值。但是增加质子型离子液体的烷基链则会增加cmc数值。因此，具有较短烷基链和较多形成氢键位点的离子液体是一种较好的自组装介质。.3. 设计了多组全部由离子液体组成的微乳液体系，这类体系可以在接近200ºC时保持稳定的结构，放置至少2年未发生相分离。动态光散射、冷冻电镜和小角x射线散射结果表明该类体系可以形成100nm以下的聚集体。它们可以作为在200ºC时稳定存在的纳米反应器。.4. 以这些体系为介质和模板，成功合成了纳米金属铂和金属有机框架材料，在合成纳米金属材料时没有加入还原剂和其它添加剂，反应在常压下即可进行。本项目所设计的这类微乳液体系将会为较高温度下的化学反应和纳米材料合成提供一个较为理想的纳米反应器。