离子液体Ammoeng 100与水之间相互作用的红外光谱分析

本文研究测量了Ammoeng 100与其水溶液在不同压力环境下的红外光谱,以期了解该离子液体与水之间的相互作用.结果表明,Ammoeng 100与水之间的相互作用主要来自离子液体的阴离子与水分子,且两者会根据能量稳定性而有选择性的接近;相对于阴离子,Ammoeng 100的烷基链受D_2O的扰动不大.与纯Ammoeng 100相比,在Ammoeng 100/D_2O的红外光谱中显示烷基C-H伸缩振动频率并没有太大变化,而压力小于1.0 GPa时D_2O会造成在Ammoeng 100的S=O对称伸缩振动频率红移.压力大于1.0GPa时,纯Ammoeng 100与Ammoeng 100/D_2O中的S=O对称伸缩振动频率大同小异,表明高压环境下D_2O不会对阴离子的对称伸缩振动频率造成明显影响,同时也显示离子液体在极性区的缔合结构会受到高压的扰动而有显著变化.     

温度对吡啶离子液体性质影响的分子动力学模拟研究

运用分子动力学模拟方法研究了温度对三种吡啶离子液体[BPy][BF_4]、[HPy][BF_4]、[OPy][BF_4]热力学性质的影响,得到了每个体系的密度、自扩散系数、电导率和黏度等.研究结果表明:随着温度升高,同一种离子液体的密度减小,阴阳离子的自扩散系数明显增大,电导率升高,而黏度降低.在同一温度下,随着阳离子上烷基链的增长,离子液体的密度减小,但热力学性质的变化规律并不完全同步.烷基链长最短的[BPy][BF_4]的自扩散系数和电导率在每个温度下均为最大,而黏度最小;但烷基碳链更长的[OPy][BF_4]和[HPy][BF_4]的各种性质相差不大,甚至当温度大于323 K时,烷基链较长的[OPy][BF_4]的自扩散系数比[HPy][BF_4]的大.     

温度对吡啶离子液体性质影响的分子动力学模拟研究

运用分子动力学模拟方法研究了温度对三种吡啶离子液体[BPy][BF4]、[HPy][BF4]、[OPy][BF4]热力学性质的影响, 得到了每个体系的密度、自扩散系数、电导率和黏度等. 研究结果表明: 随着温度升高, 同一种离子液体的密度减小, 阴阳离子的自扩散系数明显增大, 电导率升高, 而黏度降低. 在同一温度下, 随着阳离子上烷基链的增长, 离子液体的密度减小, 但热力学性质的变化规律并不完全同步. 烷基链长最短的[BPy][BF4]的自扩散系数和电导率在每个温度下均为最大, 而黏度最小; 但烷基碳链更长的[OPy][BF4]和[HPy][BF4]的各种性质相差不大,甚至当温度大于323K时, 烷基链较长的[OPy][BF4]的自扩散系数比[HPy][BF4]的大.     

液体工质对气液热声发动机性能影响的实验研究

采用气液耦合振动是降低热声发动机谐振频率和提升其压力振幅的一种有效途径。为了研究液体工质对于气液热声发动机性能的影响,本文针对水、室温离子液体[EMIM][BF₄]、20%氯化钾溶液、40%和50%甲酸钾溶液五种液体工质进行了实验研究和分析。实验数据显示,在相同加热功率下,采用50%甲酸钾溶液时系统谐振频率最低,而水工质对应的谐振频率最高;40%甲酸钾溶液的压力振幅最大,而采用离子液体[EMIM][BF4]时系统压力振幅最小。研究结果表明:采用密度较大的液体工质可获得较低的谐振频率,而密度大、黏度小的液体工质则有利于获得更大的压力振幅。     

离子液体阳离子在空气/[bmim][BF4]水溶液界面的取向和结构

采用和频振动光谱研究了空气/[bmim][BF₄]低浓度水溶液界面的取向结构. 研究发现,在体相浓度非常低时,丁基链具有较大的旁式扭曲,表明此时的取向比较无序;阳离子咪唑环则采取一个较小的取向角. 随着浓度的升高,阳离子咪唑环趋向平躺在界面. 由于链-链相互作用,此时丁基链的旁式扭曲也减小,说明界面分子的取向变得有序. 进一步研究发现,PPP和SPS光谱上甲基反对称的峰存在位移,表明界面丁基链上的甲基存在不同取向或具有不同的化学环境.结果有助于从微观层次理解水溶性离子液体和基于咪唑的表面活性剂在界面上的物理化学行为.     

离子液体增塑二醋酸纤维素的红外及二维相关红外光谱研究

以离子液体1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐(BMIMPF_6)为增塑剂,采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)和二维相关光谱分析技术,研究BMIMPF_6增塑二醋酸纤维素(CDA)体系在室温(25℃)以及升温过程(35～210℃)中CDA与离子液体的相互作用,为离子液体增塑CDA熔融加工提供理论指导。结果表明,温度25℃时,增塑体系中CDA形成氢键的羟基、乙酰基基团、 BMIMPF_6中阴离子以及咪唑环上C—H相较于未增塑前均出现特征峰位置偏移或强度变弱的情况,且随着增塑剂含量增加,变化程度加剧,证实离子液体与CDA发生了相互作用,这种相互作用存在于离子液体咪唑环上活泼氢与CDA乙酰基、咪唑环上活泼氢与CDA骨架C—O以及阴离子与CDA乙酰基之间,有助于破坏和削弱CDA中原有氢键网络结构。在升温过程中,未增塑CDA形成氢键的羟基吸收峰呈现强度变小、高频偏移的规律,并一直存续于整个升温过程,乙酰基基团相应特征峰维持稳定的状态,而增塑后CDA中羟基吸收峰变化程度较之于增塑前明显加剧,且温度高于180℃后羟基完全消失,乙酰基中C=O, C—O以及骨架上C—O对应吸收峰变形、强度大幅度减小,说明增塑后CDA热稳定性下降,对热的抵抗力更弱。进一步对增塑CDA在35～170℃之间的二维红外相关技术分析表明,升温过程中增塑CDA体系经历离子液体咪唑环上孤立活泼氢和CDA中自由羰基先发生相互作用,随后离子液体阴阳离子解除相互作用, CDA中原本缔结氢键的乙酰基相应基团因氢键受热被破坏而释放出自由羰基、酯基C—O和甲基,并与离子液体阴阳离子形成了相互作用的过程,此后CDA骨架上的C—O也参与到与离子液体的相互作用中。CDA乙酰基与BMIMPF_6阴阳离子相互作用比CDA原有氢键作用结合力和离子液体阴阳离子之间的相互作用更强,并随着温度升高进一步加强。     

离子液体对氩气介质阻挡放电光谱的影响

采用自行设计的介质阻挡放电反应器,以氩气和离子液体为放电介质,实现大气压下稳定的气(等离子体)-液(离子液体)等离子体放电,并运用光谱法在线诊断氩等离子体光谱。考察了不同咪唑基离子液体以及放电参数对大气压氩气介质阻挡放电光谱的影响。结果表明,离子液体的引入降低了氩气放电光谱的强度,谱峰强度与离子液体阳离子咪唑环上的碳链长度有关,且随碳链长度增加,谱峰强度降低;同时阴离子结构对称性低的离子液体,谱峰强度较低。加入离子液体后氩谱随放电电压及放电频率变化均呈现峰值变化。     

气液耦合振动对热声发动机性能的影响

进行了气液耦合振动驻波型热声发动机定量模拟.重点比较分析了单纯气体振动系统和引入[EMIM][BF_4]室温离子液体作为液体活塞的气液耦合振动系统的运行参数,并考察了液体活塞的质量对热声发动机谐振频率、压力振幅以及板叠热端温度等的影响.     

离子液体[bmim][PF6]与乙腈混合体系中的激光光解研究

以蒽醌(AQ)作为探针分子,利用激光光解技术研究了咪唑型离子液体1-丁基-3-甲基咪唑六氟化磷([bmim][PF6])与乙腈(MeCN)混合体系中的光化学反应行为.研究结果表明,离子液体[bmim][PF6]自身可与激发三线态的蒽醌分子(3AQ*)进行反应,且表观反应速率常数随着[bmim][PF6]/MeCN比例的不同呈现特殊规律性的变化.在离子液体的摩尔分数(xRTIL)为0.06处观察到一个明显的临界点.当xRTIL＜0.06时,表观速率常数随xRTIL的增大而增大;而当xRTIL＞0.06时,表观速率常数随xRTIL的增大而减小.文章给出了[bmim][PF6]/MeCN混合体系中激光诱导化学反应的动力学常数,并初步推测了其反应机理,进一步揭示了离子液体[bmim][PF6]的一些新的光化学特性.     

红外光谱法和量子化学法对离子液体提取水中壬基酚的机理研究

采用红外光游法和毓子化学计算法(密度泛函B3LYP方法),分别对常见离子液体1-甲基-3-丁基咪唑六氟磷酸盐和含羟基的咪唑型离子液体提取水环境中的壬基酚的提取机理进行了研究.研究结果显示常见离子液体与壬基酚相互作用前后的红外谱图上没有氢键存在的迹象,而含羟基的离子液体在与壬基酚作用后其羟基峰发生了明显的红移.量子化学计...     

采用光谱技术研究[C4mim][BF4]的传压和测压性能

金刚石压腔是一种在实验室被频繁使用的高压产生装置,它在高压领域占据着重要地位。当金刚石压腔内传压介质只能提供非静水压环境时,利用传统的红宝石荧光光谱测压方法将很难准确测量样品压强,这也是目前超高压实验面临的普遍困难。若有一种兼具“传压”和“测压”双重功能的物质,根据“相邻位置、相近压强”原则,将能够解决在非静水压环境中测不准样品压强问题。显然,探寻兼具“传压”和“测压”双重功能的物质是一项非常重要的工作。本文将红宝石微粒与离子液体[C₄mim][BF₄]装入金刚石压腔,然后利用金刚石压腔压缩[C₄mim][BF₄]使其提供高压环境,同时采集红宝石的荧光光谱及其附近[C₄mim][BF₄]的拉曼光谱。通过分析红宝石特征荧光峰R₁的峰位,得到了[C₄mim][BF₄]在加压过程中提供的一系列高压环境的压强值。通过分析红宝石特征荧光峰R₁的峰宽,发现[C₄mim][BF₄]在0~6.26和6.26~21.43 GPa两个压强范围内可分别提供静水压环境和准静水压环境,表明[C₄mim][BF₄]在0~21.43 GPa范围内可以作为传压介质使用。此外,还发现[C₄mim][BF₄]在0~2.28,2.28~6.26,6.26~14.39和14.39~21.43 GPa四个压强范围内分别为“液相Ⅰ”、“液相Ⅱ”、“非晶相Ⅰ”和“非晶相Ⅱ”。通过分析[C₄mim][BF₄]中特征拉曼峰ν_(B-F)和ν_(ring)的峰位,发现在[C₄mim][BF₄]四个相态内ν_(B-F)和ν_(ring)的峰位随压强增加均满足线性变化关系,并给出了相应的压强与峰位关系函数,这些函数是[C₄mim][BF₄]用作压标物质的重要依据。综上所述,[C₄mim][BF₄]不仅具有“传压”功能,同时还具有“测压”功能,可同时用作“传压介质”和“压标物质”。研究结果为在非静水压环境中准确测量样品压强提供了重要依据,也为超高压条件下样品压强测量不准确问题提供了新的解决思路。     

Probing the interaction of ionic liquids with graphene using surface‐enhanced Raman spectroscopy

We report an in situ measurement of the interaction of an imidazolium‐based room temperature ionic liquid with both pure silver and a graphene‐over‐silver electrode under an applied electrochemical potential. At a negative applied potential, overall signal intensity increased indicating enhanced ionic liquid concentration at both silver and graphene electrodes. Vibrational modes associated with the imidazolium ring exhibited greater intensity enhancements and larger peak shifts compared with the anion indicating that the cation adsorbs with the ring and alkyl chain parallel to the electrode surface for both silver and graphene. In contrast to the silver, the surface enhanced Raman spectra of the ionic liquid near graphene showed shifts in the cation peaks even at no applied potential because of the strong π–π interaction between the ionic liquid and the graphene. Furthermore, the intensity of the graphene peak decreased in the presence of ionic liquid possibly due to the interaction between the ionic liquid and graphene. These results illustrate the effectiveness of surface‐enhanced Raman spectroscopy to investigate electrolyte interactions with graphene at the liquid/electrode interface. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

Ionic liquid; possibility of protein-preserving solvent under high pressure

We have investigated the pressure-induced phase transition behavior (～3.0 GPa) of aqueous 1-butyl-3-methylimidazolium chloride ([bmim][Cl]) solutions with N-methylacetamide (NMA), which is a simple protein model compound, using Raman spectroscopy. From Raman spectral changes and optical observation in the sequence of elevated pressure, we found that the aqueous [bmim][Cl] solution with NMA in the water-rich condition induces the high pressure crystallization at 2.6 GPa. On the other hand, in the [bmim][Cl]-rich condition, high pressure crystalline phase was not observed even up to 3.0 GPa. Our results show that the aqueous [bmim][Cl] solution in the ionic liquid-rich condition along with the use of pressure has a potential for protein-preserving solvent.     

Thermoacoustic theory of graphene films considering heat transfer of substrate materials

Based on thermoacoustic theory, a coupled thermal-mechanical model for graphene films is established, and the analytical solutions for thermal-acoustic radiation from a graphene thin film are obtained. The sound pressure of the graphene film generator on different substrates is measured, and the measurement data is compared with the theoretical results. The frequency response from the experimental results is consistent with the theoretical ones, while the measured values are slightly lower than the theoretical ones. Therefore, the accuracy of the proposed theoretical model is verified. It is shown that thermal-acoustic radiation from a graphene thin film reveals a wide frequency response. The sound pressure level increases with the frequency in the low frequency range, while the sound pressure varies smoothly with frequency in the high frequency range. Thus it can be used as excellent thermal generator. When the thermal effusivity of the substrate is smaller, then the sound pressure of grapheme films will be higher.Furthermore, the sound pressure decreases with the increase of heat capacity per unit area of grapheme films. Results will contribute to the mechanism of graphene films generator and its applications in the design of loudspeaker and other related areas.     

考虑基底热传导的石墨烯薄膜热声理论

主要基于热声效应对石墨烯薄膜发声进行理论研究。首先建立了石墨烯薄膜耦合热振动模型,推导出了石墨烯薄膜发声器的声压表达式。在此基础上,进行了不同基底石墨烯薄膜发声器的声压测试,并将测试值与理论计算结果对比,二者随频率变化趋势基本吻合,测试值略低于理论值,验证了推导出的声压表达式的正确性。研究表明石墨烯薄膜发声器有很宽的频域响应,在低频段声压级随频率增大而增大,在高频段响应平稳,具有作为优秀的热致发声器的潜力。基底材料蓄热系数越小,石墨烯薄膜的声压值越大;声压级随薄膜热容量的增大而减小。研究结果对于石墨烯的发声机制探索及其在扬声器设计等方面的应用具有指导意义。      

Ionic liquids based on the bis(trifluoromethylsulfonyl)imide anion for high‐pressure Raman spectroscopy measurements

Assembling a diamond anvil cell for high‐pressure measurements involves placing in a gasket hole the sample of interest, a pressure transmitting fluid, and a material for pressure calibration. In this communication, we propose the use of ionic liquids containing the bis(trifluoromethylsulfonyl)imide anion ([Tf₂N]^‐), [(CF₃SO₂)₂ N]^‐, as a simultaneous pressure transmitting and calibrant material for high‐pressure Raman spectroscopy measurements of solid samples that are not soluble in ionic liquids. The position of the characteristic Raman band of the [Tf₂N]^‐ anion at 740 cm⁻¹ exhibits linear frequency shift for pressures up to 2.5 GPa. High‐pressure Raman spectra of different ionic liquids containing the same anion indicate that the actual magnitude of the pressure‐induced frequency shift of the [Tf₂N]^‐ normal mode depends on the counterion, the typical shift being 4.2 cm⁻¹/GPa. Ionic liquids based on the [Tf₂N]^‐ anion are also good pressure transmitting mediums because hydrostatic condition is kept at high pressure, and no crystallization is observed up to 4.0 GPa. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.