離子液體結(jié)構(gòu)性質(zhì)與相互作用的計(jì)算.pdf

1、咪唑類離子液體以其獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)和在眾多領(lǐng)域的巨大應(yīng)用潛能而引起廣泛的關(guān)注。本文結(jié)合我們的研究工作,從研究離子液體的結(jié)構(gòu)與內(nèi)部相互作用出發(fā),進(jìn)一步擴(kuò)展到離子液體和水分子的相互作用,采用量子化學(xué)計(jì)算、分子動(dòng)力學(xué)模擬和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法,從不同角度來(lái)研究離子液體中的各種相互作用。論文首先采用密度泛函理論和從頭計(jì)算方法對(duì)離子液體中陰陽(yáng)離子之間的相互作用進(jìn)行了研究。我們將咪唑陽(yáng)離子的周圍劃分為多個(gè)區(qū)域,對(duì)這些區(qū)域中陰陽(yáng)離子間的相互作用分別進(jìn)行

2、了研究。研究表明,在咪唑環(huán)的周圍存在著多個(gè)活性區(qū)域,在這些區(qū)域里,陰陽(yáng)離子間能形成穩(wěn)定的離子對(duì)結(jié)構(gòu)。根據(jù)計(jì)算得到的結(jié)果我們可以預(yù)測(cè)出最穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。同時(shí),我們通過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)離子液體中存在氫鍵,并對(duì)陰陽(yáng)離子間形成的氫鍵進(jìn)行了深入的分析,發(fā)現(xiàn)離子液體形成氫鍵的強(qiáng)弱與陰陽(yáng)離子的大小和對(duì)稱性有關(guān)。微量水的存在對(duì)離子液體的物理化學(xué)性質(zhì)及其催化性能有顯著的影響。我們采用量子化學(xué)計(jì)算的方法研究了離子液體中陰離子和水分子之間的相互作用,發(fā)現(xiàn)陰離子能夠和水分

3、子形成強(qiáng)的氫鍵作用。相互作用強(qiáng)弱順序?yàn)?Cl-與水>BF4-與水>PF6-與水。發(fā)現(xiàn)陰離子PF6-不能和水分子形成穩(wěn)定的構(gòu)型,這充分體現(xiàn)了PF6-陰離子的疏水性。本文用量子化學(xué)計(jì)算對(duì)幾十種具有代表性的咪唑離子液體進(jìn)行計(jì)算并與文獻(xiàn)和數(shù)據(jù)庫(kù)中收集的離子液體的熔點(diǎn)進(jìn)行比較,討論了熔點(diǎn)與結(jié)構(gòu)及其相互作用能的關(guān)系。另外,用密度泛函方法模擬計(jì)算了咪唑離子液體的紅外光譜,并與實(shí)驗(yàn)測(cè)定的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。通過(guò)以上研究,本論文建立了用實(shí)驗(yàn)、理論和