聚离子液体催化剂的合成与性能研究开题报告

1. 研究目的与意义

绿色化学是国际科学研究的热点与前沿，是化学化工发展的新阶段，随着当今社会高新技术的蓬勃发展，节约资源和保护环境成为了基本要求，而离子液体作为一种挥发性为零的环保溶剂，为绿色化学增添了新的内容。

离子液体，即是在室温或者室温附近温度（-30-50度）下呈现出液态的完全由离子液体构成的物质，又称室温离子液体，室温熔融盐。近年来，对离子液体的功能化设计又进入了新的阶段。研究表明，离子液体作为一类特殊的单体，能聚合形成高分子材料。高分子材料具有高分子量,质轻,密度小,力学性能优良，绝缘性能，隔热性能等优点。组成高分子的结构、官能团的不同，高分子材料的特点也不尽相同。因此，聚离子液体高分子材料在各个领域有着巨大的应用前景。

离子聚合物中有机基团分布均匀，含量高，有利于均匀固载大量的杂多阴离子；另一方面，有机聚合物由于其有机骨架与有机反应物会具有良好的接触，因而是很好的有机合成催化剂或催化剂载体，通过裁剪离子液体阳离子还能很方便地调节杂多阴离子的各种性能等等。基于此，本课题拟将合成一类聚离子液体型催化剂，并考察其在氧化反应中的催化性能。

2. 课题关键问题和重难点

（1）离子液体作为有机功能基团可以调变杂多酸的溶解性，氧化还原性和酸碱性等性质。因此，如何聚离子液体进行功能化设计，引入何种功能基团，能够获得在H₂O₂体系中不溶解的有机杂多酸催化剂，且离子液体中功能性基团对杂多阴离子的电子修饰作用还有可能提高催化剂的催化活性，这是我们需考虑的问题其一。

（2）聚离子液体催化剂合成需多个步骤，涉及侧链功能化，聚合，阴阳离子交换等多个反应，因此能否在合成过程中正确操作，合理提纯产品，并确定我们所得到催化剂的结构。这是我们需考虑的问题其二。

（3）将聚离子液体催化剂用于氧化反应中，由于氧化反应过程复杂，产物多样。因此，在此过程中，如何对实验现象进行合理解释，反应过程中机理的探讨，回收后的催化剂再反应对其活性的影响，针对具体应用的构效关系研究等也需进一步探索。这是我们需考虑的问题其三。

3. 国内外研究现状（文献综述）

(一)、概述

离子液体^[1] (ionic liquid)是由阳离子和阴离子组成的并且在室温或近于室温时为液体的熔融盐体系，它一般由较大的有机阳离子和较小的无机阴离子组成。以其独特的优良性质日趋广泛地应用于催化、导电、吸收、萃取分离等领域。同时其独特的可调节静电场、特殊的离子环境和多维弱相互作用等特点使人们更容易采用有效的手段对催化反应活性和选择性进行调控。离子液体^[2]除了高选择性和高活性，还具有：（1）具有较宽的稳定温度范围。通常在300℃范围内为液体，有利于动力学控制；在高于200℃时具有良好的热稳定性和化学稳定性。（2）具有良好的溶解性能。它们对无机和有机材料表现出良好的溶解能力。（3）通过对阴、阳离子的合理设计可调节其对无机物、水、有机物及聚合物的溶解性，并且其酸度可调至超酸。（4）易于与其它物质分function One_Initialize(editor,hiddenHtml) { editor.document.designMode = 'On'; editor.document.open(); editor.document.write(hiddenHtml.value); editor.document.close(); editor.document.contentEditable = 'True'; //editor.document.body.style.margin="6 px"; //editor.document.body.style.border="0"; One_ApplyEditorStyles(editor);}function One_ApplyEditorStyles(editor) { bs = editor.document.body.style; bs.scrollbar3dLightColor= '#D4D0C8'; bs.scrollbarArrowColor= '#000000'; bs.scrollbarBaseColor= '#D4D0C8'; bs.scrollbarDarkShadowColor= '#D4D0C8'; bs.scrollbarFaceColor= '#D4D0C8'; bs.scrollbarHighlightColor= '#808080'; bs.scrollbarShadowColor= '#808080'; 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Five_HtmlMode = false;Five_HasFocus = false;Five_editor.document.onkeydown = FTB_Five_onKeyDown_ParagraphBreak;Five_editor.document.body.onpaste = FTB_Five_onPaste; 离，可以循环利用。（5）稳定、不易燃、可传热、可流动。（6）制备简单。如[BMIM]Cl/AlCl₃，可由商业成品甲基咪唑和卤代烷直接合成中间产物，再与含有目标阴离子的无机盐反应生成相应的离子液体。（7）具有较弱的配位趋势。

聚离子液体（poly ionic liquids,PILs)是一类包含离子液体单体结构或以离子液体为重复单元的聚电解质，根据离子中心种类和位置不同可以分为聚阳离子型，聚阴离子型和内盐型，是高分子化学和材料学的前沿研究领域，与离子液体比较，它克服了离子液体的一些问题，如高粘性，设计局限性，潜在环境风险，它兼具了离子液体与聚合物的双重特性，具有了更高的离子液体利用率且易于回收，因其独特的性能从而有着广阔的应用前景。

4. 研究方案

目前，聚离子液体材料大多基于咪唑阳离子型,其制备往往通过两种方法实现：一是通过自由基引发乙烯基咪唑盐聚合而成；二是通过含有化学反应活性基团(如氨基、羧基、巯基、环氧基等)的咪唑盐修饰聚合物材料得到。而本次的课题试验中则是通过阳离子型和杂多酸阴离子型进行交换反应从而得到所需要的催化剂产物。对于得到的催化剂产物通过红外，紫外，热重等方式确定其结构和表征。同时通过不同的氧化反应来测定出所得催化剂的性能。

5. 工作计划

1.第一学期第18-21周：通过知网，ACS、RSC等网站查找离子液体、杂多酸的相关文献及书籍，了解离子液体和杂多酸盐的概念和结构、离子液体作为溶剂的优点和特点、功能化离子液体的制备、有机杂多酸盐的制备及表征、氧化反应的研究进展。完成开题报告及文献翻译。

2.第二学期第1-4周：利用反应机理寻找自己所想要的催化剂并进行反应聚合合成催化剂。

3.第5-6周：催化剂结构的表征。通过紫外、红外、热重结构等分析手段确定其表征。

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