聚离子液体功能材料研究进展

聚离子液体(PILs)材料兼具离子液体和聚合物的性质, 近年来已经在高分子化学、材料科学及能源科学等领域得到初步应用, 并引起了人们广泛关注. 本论文介绍了聚离子液体的合成, 综述其在(准)固态电解质、燃料电池聚电解质膜、刺激响应性功能材料, 以及碳材料等相关领域的研究与应用.     

功能化聚离子液体的设计合成及应用研究

聚离子液体(Poly(ionic liquid)s)是指由离子液体单体聚合生成的,在重复单元上具有阴、阳离子基团的一类离子聚合物。功能化聚离子液体是由功能化离子液体发展而来,兼具离子液体和高分子聚合物的性质。该类研究着眼于结构可控性质,设计合成具有特殊性能的、稳定的、功能化材料。近年来已经在高分子化学、电化学、材料科学及能源科学等领域得到初步应用。本论文综述聚离子液体在固态电解质和聚电解质膜、智能响应性功能材料,以及聚离子液体基碳材料、聚离子液体/碳纳米杂化材料、催化等相关领域的研究与应用。     

聚离子液体的合成及应用

聚离子液体(PILs)是在重复单元上具有阴、阳离子电解质基团的聚合物。此类聚合物结合了离子液体和聚合物的一些性质,近年来在高分子化学和材料科学等领域受到广泛关注。本文将聚离子液体划分为聚阳离子型离子液体、聚阴离子型离子液体、聚两性型离子液体和共聚型离子液体四类并介绍了聚离子液体的性质及各类聚离子液体的合成。此外,本文还对聚离子液体在有机分散剂、纳米复合材料、电化学、吸附剂和分离等方面的应用进行了综述。     

基于离子液体的炭材料制备、改性及应用

离子液体因其熔点低、液态温域宽、蒸气压低、热稳定性高、电导率高、电化学窗口宽、结构可设计及对许多化合物的亲和性等系列性能而引起人们广泛关注。离子液体在炭材料制备、改性领域展示出了良好的前景及巨大的应用潜力,可直接作为碳源,经过高温炭化实现杂原子掺杂制备多孔炭材料;离子液体也可充当反应介质和致孔剂,将生物质转化为多孔炭材料;此外,由于离子液体与炭材料相容性较好,可以用于多孔炭材料改性制备炭复合材料。基于离子液体的炭材料在电催化、超级电容器、吸附分离及生物医学等领域具有潜在的应用价值。本文总结了基于离子液体炭材料的制备、改性及应用最新研究进展,并着重介绍了其在能源和环境相关领域的应用。     

聚离子液体材料在分离科学中的研究进展

离子液体作为新型离子化试剂,具有诸多优越的物理化学性质,比如:良好的溶解性、导电性、热稳定性、生物相容性及低蒸气压和不易燃等特点,近年来在分析化学领域得到广泛关注。聚离子液体材料结合了离子液体和聚合物的双重性质,已经成为分离科学研究的前沿领域。本文详细讨论了离子液体与目标物之间的多种作用机制,比如亲/疏水作用、氢键作用、离子交换、π - π 堆积及静电吸附作用等等,总结了聚离子液体材料在固相萃取、液相色谱、气相色谱、毛细管电泳及毛细管电色谱等领域的研究进展;最后,对聚离子液体材料的发展前景进行了展望。     

聚季铵盐离子液体材料制备及其对蛋白质吸附性能评价

通过一步合成法制备了两种可聚合季铵盐离子液体功能单体,并通过沉淀聚合法合成了相应的聚离子液体聚合物。对产物进行了核磁共振、扫描电镜、热重分析等表征。结果表明:所制备的两种材料粒径均匀,约为600 nm的椭球形颗粒,颗粒之间有相互粘连。通过对牛血清白蛋白(BSA)、卵清蛋白(OVA)、牛血红蛋白(BHb)、溶菌酶(Lys)、胰蛋白酶(Try)5种蛋白质的吸附性能实验,考察了聚季铵盐离子液体材料对蛋白质的吸附性能。考察结果表明:两种聚离子液体材料均对蛋白质具有一定的吸附性能。其中以4-乙烯基苄氯季铵盐离子液体为功能单体制备的聚离子液体材料对胰蛋白酶的吸附性能最好,是一种具有良好应用前景的材料。     

离子型电活性聚合物驱动器的研究进展

近年来软驱动材料在可穿戴设备、医疗健康器件、软体机器人等领域中的重要应用引起了学术界和工业界的关注。在软驱动材料中,电活性聚合物材料(EAP)是一种在电场刺激下能够改变形状或尺寸的软驱动材料,可分为电子型和离子型EAP。与电子型EAP相比,离子型电活性聚合物(IEAP)驱动器因具有较低驱动电压,在医疗器械和可穿戴设备上具有显著的应用优势。近年来,随着电极材料和离子液体基聚合物凝胶电解质材料的发展,大大改善了传统IEAP驱动器的响应速度慢、大气中的耐久性差、电致变形和应力小等缺点。本综述中,我们较全面地总结了IEAP材料的类型以及其研究进展,包括基于离子聚合物-金属复合材料(IPMC)、导电聚合物材料(CP)、巴基凝胶(Bucky-gel)材料和离子凝胶(IG)材料等。此外,还总结了不同类型IEAP驱动器的机电耦合机制、性能和应用进展并讨论了IEAP驱动器未来发展趋势和面对的挑战。     

多孔聚电解质功能材料研究进展

多孔聚电解质材料协同结合了静电与高比表面积双重特点,在能源、环境、生物医药等领域具有重要的应用前景,近年来发展迅速。由于其荷电性与亲水性,多孔聚电解质的制备方法与传统中性多孔高分子有所不同,也表现出独特的应用属性。本文概括总结了层层组装、聚电解质嵌段聚合物自组装、反离子交换、劣溶剂静电络合等制备多孔聚电解质材料的方法,介绍了多孔聚电解质在绿色环境、清洁能源、生物医药和催化剂等领域的应用,并简单展望了未来的研究机遇。     

双重热响应离子凝胶的构筑及相行为研究

传统热响应凝胶体系受限于响应机制单一以及响应温度可调性差等问题,难以满足复杂场景中对智能凝胶材料的需求.本文中提出了一种构筑双重热响应离子凝胶的简易策略,通过将改性的半晶型聚乙二醇(PEG)在离子液体(IL)中交联聚合,成功制备出兼具上临界互溶温度(UCST)以及下临界互溶温度(LCST)相行为的双重热响应离子凝胶.其中离子凝胶的UCST相行为基于PEG结晶熔融;而LCST相行为则是由温度影响PEG与IL之间的氢键变化所产生.此外,通过改变高分子含量、聚合物链长和离子液体中阳离子侧链长度,可以实现离子凝胶2种机制下热响应温度的大范围连续调控.同时离子凝胶的热响应相转变伴随着多种物化性质的变化,如光学透过率、机械强度(3.6～0.1 MPa)以及离子电导率.离子凝胶的上述特性使其在智能显示、可穿戴设备以及柔性传感器等领域发挥重要应用.     

离子液体在乙烯/乙烷和乙烯/乙炔分离中的应用

乙烯,作为石油化工行业的龙头原料,其高效回收分离具有重要的战略意义。离子液体作为一种结构可调控的新型绿色溶剂,在乙烯的回收分离中展现出巨大的应用前景。本文总结了近年来离子液体在乙烯/乙烷和乙烯/乙炔分离方面的研究进展,从溶剂吸收、膜吸收和与多孔材料相结合的吸附分离法等角度展开,系统地阐述了常规离子液体、功能化离子液体、聚离子液体等纯组分体系及多组分体系在不同分离方法中的研究现状,展望了离子液体在乙烯回收分离方面的应用前景和发展趋势。     

离子液体聚合物的研究进展

离子液体聚合物是一类高分子链上至少含有一个离子中心,重复单元与常见离子液体结构类似,具有特殊性能的高分子,应用于诸多领域。本文综述了离子液体聚合物在离子导体、吸附及分离、稳定剂以及催化剂等方面应用的最新研究进展,重点介绍了离子液体聚合物作为离子导体在锂离子电池和染料敏化太阳电池中应用的研究现状,最后展望了离子液体聚合物的发展前景。     

表面活性剂稳定高内相乳液的研究进展

具有较高孔隙率和较高比表面积的多孔聚合物材料在能源、化工、生物和功能性材料等领域应用广泛。目前越来越多的研究是以高内相乳液为模板来制备多孔聚合物材料,其中高内相乳液的稳定对多孔聚合物材料的制备十分重要。本文主要介绍了近年来发展的多种用于高内相乳液滴稳定的表面活性剂,以及以高内相乳液为模板制备得到的多孔聚合物材料在多个领域中的应用。     

表面活性剂稳定的高内相乳液的研究进展

具有较高孔隙率和较高比表面积的多孔聚合物材料在能源、化工、生物和功能性材料等领域应用广泛。目前越来越多的研究是以高内相乳液为模板来制备多孔聚合物材料,故高内相乳液的稳定性对多孔聚合物材料的制备十分重要。本文主要介绍了近年来发展的多种用于稳定高内相乳液滴的表面活性剂,以及以高内相乳液为模板制备得到的多孔聚合物材料在多个领域中的应用。     

功能离子液体/氧化硅基多孔复合材料*

利用有巨大界面特征和发达孔道结构的氧化硅基多孔材料作为功能离子液体的载体,不仅可实现离子液体的固相化从而解决均相离子液体分离难的瓶颈,而且也可增加离子液体的比表面积进而提高离子液体的使用效率和稳定性;探索结合离子液体和氧化硅基多孔材料双重优点的目标功能材料的制备及应用成为近年来的一个研究热点。本文综述了离子液体/氧化硅基多孔复合材料的最新研究进展,探讨了其合成手段的有效性,并对其应用前景进行了展望。     

功能性共轭多孔聚合物材料

有机多孔聚合物(organic porous polymers,OPPs)材料是一类由强共价键将不同几何构型的有机分子砌块链接而成的多维度的多孔网络骨架材料,近年来成为多孔材料发展的一个新方向.按其结构的有序程度划分,OPPs包括无定型(如CMPs,HCPs,PIMs,PAFs等)和晶态(如COFs,CTFs)多孔聚合物两大类.因具有质轻、较大的比表面积、优异的多孔特性、稳定性好、结构与功能可预先设计和精确调控等优点,OPPs在气体存储/分离,非均相催化,光电转换,化学/生物传感,能量存储与转换等诸多领域有着广泛的应用前景.基于"自下而上"的构筑策略,以一种或多种具有特定功能的有机共轭分子为构筑单元,通过其分子间的自聚或共聚来实现二维、三维共轭高分子网络的可控构筑,发展了一系列具有优异光电、催化性能的功能性有机骨架材料.本文总结了近年来作者所在课题组报道的以功能性共轭有机分子为反应单元,自下而上构筑共轭多孔聚合物材料的战略和方法,主要探索了其结构特征以及在光电转换和非均相催化领域等的初步应用.     

功能化单孔和多孔材料在重金属离子检测中的应用进展

随着微纳米加工技术的革新,仿生单纳米孔通道在重金属离子的检测应用中也开始显示出潜力。本文综述了近十年来基于单孔和多孔材料在重金属离子检测方面的应用。主要介绍了应用最广泛的介孔硅材料,并对其它一些多孔材料做了介绍:包括金属氧化物多孔材料,金属配体超分子有序结构,多孔碳材料,多孔高分子聚合物和多孔粘土。最后,对该领域未来的研究内容和方向进行了展望。     

基于离子液体修饰的金属有机骨架材料在CO2分离与转化方面的研究进展

基于离子液体修饰的金属有机骨架材料(IL@MOF)兼具离子液体和金属有机骨架材料的优势,具有吸附效果好、易分离且可重复利用等特点,在CO_2气体分离与转化领域展示出了良好的应用潜力。本文综述了离子液体修饰金属有机骨架材料的制备方法及其在CO_2分离与转化领域的最新应用研究,并对其未来发展趋势进行了展望。     

多孔离子液体的构筑及应用

多孔液体(Porous Liquids, PLs)是一类结合了多孔固体永久性孔隙与液态流动性优势的新材料. 自2007年, PLs的概念被首次提出以来, 其在合成策略与应用领域方面均取得了较大的突破. 然而, 传统的PLs因高黏度、高密度、高熔点与高原材料成本等缺陷极大程度制约了其在流动工业系统中的大规模应用. 因此, 迫切需要寻求理想的位阻溶剂用于制备先进的多孔液体. 离子液体(Ionic Liquids, ILs)因独特的可调节物理特性、非挥发性、高稳定性、易获得、经济性高、低再生能耗等特性, 使其成为构筑PLs中最具有应用前景的理想溶剂之一. 在过去的5年间, 基于多种ILs与先进多孔固体(如有机笼、金属有机框架、中空碳、沸石、多孔聚合物等)制备的多孔离子液体(Porous Ionic Liquids, PILs)被陆续报道. PILs独特的永久性孔隙、无溶剂挥发、再生能力强、黏度可调、低熔点、高稳定性等特性加快了其在气体吸附、分离、催化、萃取、分子分离等领域的快速发展. 本综述围绕PILs的构筑策略、特性、应用领域等阐述了其研究进展. 最后, 对PILs在制备中存在的挑战与未来的研究方向进行了归纳与展望.     

Hg(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)-MOF探针研究进展

金属有机框架材料(MOF)是一种由金属离子和桥联配体自组装而成三维网状结晶固体骨架材料，是一种新型的多孔配位聚合物材料。由于其具有孔结构可调节性，结构可设计性和超高比表面积等特点，因此在很多领域展现出广泛的应用前景，尤其是在吸附重金属离子方面的应用受到了很大关注。本文综述了近几年分别由单配和混合方式构筑的MOF材料在吸附Hg(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)方面的应用，并对MOF材料在重金属离子吸附领域做出展望。     

含离子聚合物体系的动力学

离子作用的可逆性赋予了含离子聚合物丰富的力学和电学性能,使其广泛应用在高抗冲材料、记忆材料、自修复材料和智能响应材料等新兴领域.本专论结合作者近年的研究工作,介绍了含离子聚合物体系的构效关系和分子流变学,从3个方面展开:第1部分介绍了对于含离子聚合物的离子聚集状态的调控,和离聚物与聚电解质的相互转化;第2部分介绍了离子高度聚集的无规离聚物丰富的线性黏弹性,重点介绍了非缠结体系在链均一个离子浓度附近区域的溶胶凝胶转变以及缠结体系在平均每个缠结链段一个离子浓度附近区域的单平台到双平台模量的转变;第3部分介绍了如何进行分子设计,使得含离子聚合物成为有效的离子传输介质.最后总结了该研究领域的科学问题和面临的挑战.