室温离子液体在无机纳米材料制备中的应用

摘要:室温离子液体的物理和化学性质相对稳定，具有结构可调的特性。作为一种新功能材料广泛用于纳米材料的制备领城。本文就近几年国内外相关研究进展，对室温离子液体在无机纳米材料制备中的应用进行综述。

关键词:离子液体;无机材料;纳米材料

一、引言

室温离子液体，是指室温或接近室温时呈液态的离子化合物，一般由体积相对较大的有机阳离子(如烷基咪唑盐、烷基吡啶盐、烷基季铵盐、烷基季盐、杂环芳香化合物及天然产物的衍生物等)和相对较小的无机或有机阴离子( 如[ PF6 ]-、[BF4 ]- 、[SbF6 ]- 、NO3- 、[AlCl4 ] -、[CF3SO3 ]- 、[CH3CO2 ]-、[CF3CO2 ]- 等)构成。它的熔点很低, 可以到-96℃：具有很宽的液态温度范围，甚至超过400℃仍然保持液态。其蒸气压几乎可以忽略，不挥发，污染少，对环境友好，回收方便，在替代传统的有机溶剂方面潜力巨大。它的电化学窗口宽(>5V)，导电性、导热性和热力学稳定性好，并且具有高的热容和热能储存密度。其酸度、极性及双亲性可控，能与不同的化合物混溶。这些独特的物理化学性质及功能使RTILs成为一类备受关注的新型介质和材料。 相对室温离子液体在有机方面的广泛应用,用室温离子液体制备无机纳米材料的报道则相对较少。纳米材料具有特殊的力学、光学、电学、磁学以及生物学特征,而纳米材料的特殊性能是由于其特殊结构所决定的。制备不同结构的纳米材料,并探究其潜在的应用价值,已成为近年来的研究热点。由于传统制备纳米材料的方法中多用到各种有机溶剂或模板,对反应条件的要求也相当苛刻,找到一种简便、有效、绿色的合成方法成为人们追求的目标,而室温离子液体正好满足以上要求，本文就室温离子液体在无机纳米材料制备方面的应用进行综述。

二、金属的纳米粒子

利用热分解的方法也是制备纳米粒子的有效途径。如常压下在[Bmim]PF6 离子液体中加热分解有机铂的化合物就可以制得铂纳米粒子[22]，其粒径大小一般在2～3nm，且此法得到的铂纳米粒子有着良好的催化能力，催化效果要强于普通的PtO2，而且可以重复利用。 此外，还可以在离子液体中一步直接合成纳米粒子，例如CoPt合金纳米线[24]就是由醋酸铂、醋酸钴和十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)在[Bmim][(CF3SO

3)N]([Bmim][Tf2N])离子液体中直接生成的。

三、金属纳米氧化物

将室温离子液体与微波反应条件结合，可以制备出具有特殊形貌的金属氧化物，如不同形貌的ZnO、CuO、Co2O

3、SnO

2、TiO2等。在反应过程中，通过对反应条件和离子液体阳离子和阴离子结构的调控，可能导致反应体系不同的微波吸收速率，从而引起氧化物形貌的变化。Zhu等[25]在室温离子液体[Bmim]BF4中微波加热合成出花状和针状ZnO结构；曹洁明等[26-28]则报道了在离子液体[C20Hmim]C1中合成出由平均厚度为50 nm，长度为几百纳米的纳米片从中心放射成长而成的花状ZnO聚集体，研究表明，离子液体阳离子和阴离子的不同，导致了对微波吸热速率的不同，从而引起了ZnO的形貌变化，另外，通过延长加热时间，发现片状的聚集体有向棒状聚集体发展的趋势。

四、纳米介孔材料

离子液体一般含有咪唑环、吡啶环头基和一个相对较长的烷基链，这种结构决定了它具有一定的双亲性，可以作为模板来合成介孔材料[35-40]。 Zhou等[36]以一种室温离子液体[Bmim][BF4]作为模板，通过溶胶-凝胶技术合成了具有蠕虫状孔道结构的介孔二氧化硅块状材料。这种材料具有较大的比表面积和较窄的孔径分布,并且孔径达到2.5nm。对于这种蠕虫状结构的形成，Zhou等参考了Kresge经典的介孔形成理论，提出了“氢键与π-π堆垛共同作用的自组装机理”。

在碱性条件下，以长链室温离子液体[Cl6mim][C1]为模板,通过水热法，Wang等[37]合成具有六方介孔结构及立体四方介孔结构的二氧化硅粒子，见图1。通过控制[Cl6mim][C1]和二氧化硅前驱体的反应量比，在较宽的质量比范围内，就能得到MCM-48结构，介孔的尺寸为3nm。而要得到六方结构MCM-41就要控制好反应物的组成比，[Cl6mim][C1]含量过高或者过低都会得到不规则的结构。Wang等认为离子液体作为模板的这种特性，主要是因为它头部咪唑基团的各向异性所致。

五、结语

室温离子液体作为一种新型的绿色环保溶剂,在无机纳米材料方面的应用正在引起越来越多的研究者的注意。离子液体特殊的性质,使其在无机纳米材料制备中起到了一般溶剂所没有起到的作用,得到的产物与传统液相反应中的也有所不同,在各个方面都体现出了明显的优势,为无机纳米材料的制备开拓了一条崭新的途径,并有望制备具有特殊性能的无机纳米材料。目前,这方面的工作还处于起步阶段,但应用前景十分广阔,相信这一领域将会受到更多的重视。

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