低维纳米受限离子液体的研究进展

离子液体受限于低维纳米空间时,分子热运动会受到极大限制,导致其结构和性质与三维体相离子液体相比具有显著差异。电场、磁场和温度等外部条件及限域通道的尺寸、表面物化性质和几何形貌等因素会极大地影响低维纳米受限离子液体的微观结构与物化性质。本综述围绕低维纳米受限离子液体的最新研究进展,介绍了常用的实验和理论方法,总结了低维纳米受限离子液体结构和氢键网络的动态调控机理,讨论了不同低维纳米受限离子液体体系的热力学性质、物化性质和结构相变等特性,梳理了低维纳米受限离子液体体系在气体分离、限域催化和超级电容器储能等方面的应用,最后展望了低维纳米受限离子液体未来的前景与挑战。     

短链多硫化物在离子液体中聚集行为的分子动力学模拟

离子液体因其优异的物化性质、能抑制多硫化物溶解等特点,近年来被广泛应用于锂硫电池电解液中。在电池充放电产物中,难溶性Li₂S和Li₂S₂易聚集沉积在电极表面,影响电池性能,而目前关于其团聚行为与电解液性质的微观机理研究较少。本工作利用量化计算和分子动力学模拟分析了短链Li₂S和Li₂S₂在离子液体中的微观结构以及形成团簇的情况。通过分析体系的微观结构发现,阳离子中主要与S作用的是侧链甲基,短链多硫化物之间Li-S作用远强于与阴离子的Li-O作用。团簇尺寸分布的结果表明,短链多硫化物在[TFSI]型离子液体中易形成多分子的大团簇,Li₂S₂体系比Li₂S体系中的大团簇比例更高;离子液体阴离子配位能力越强,形成大的Li₂S团簇比例越少,但阴离子的构型特点和作用形式也会对团簇的尺寸结构造成影响。     

离子液体界面极化及其调控氢键性质的分子机理

离子液体在电极界面处的结构及行为对其在超级电容器、固载催化剂等实际化工应用中有重要的影响。采用第一性原理计算结合理论分析研究了7种咪唑类离子液体在常见二维固体石墨烯、氮化硼、二硫化钼表面极化的分子机理及其对离子液体氢键的微观作用机制。结果表明，当离子液体在这三种二维表面吸附时会发生电荷转移和轨道相互作用，导致了显著的表面极化作用，且吸附能和电荷转移数值越大，表面极化作用越强。进一步分析了二维表面离子液体氢键的键长、键角、键序和键能，发现表面极化作用会显著削弱离子液体氢键。对于不同离子液体红外光谱的计算结果也验证了氢键被削弱的趋势。最后，通过SPSS软件对表面极化作用和离子液体氢键强度间的关系进行了定量解析，发现表面极化作用与氢键强度呈负相关关系。本文关于离子液体氢键的定量分析不仅有助于理解离子液体-固体表面作用的分子机理，而且可为离子液体在实际化工过程的应用提供理论支撑。