Chem. Rev.：离子液体中的微观结构和动力学异质性

兔兔

2020-04-16

离子液体(ILs)是一类特殊的熔融盐，仅由具有不同分子对称性和电荷离域化的离子组成。多种阳离子-阴离子基团的结合及不同原子和分子基团的离子功能化有助于它们之间的特殊相互作用，从弱的各向同性组合到强的、特异的和各向异性的力。离子液体的微观结构和动力学异质性导致离子液体具有内在的设计特性，这使IL成为学术界和工业应用中新型溶剂、电解质和功能材料的重要候选者。有鉴于此，斯德哥尔摩大学Yong-Lei Wang等人综述了了近年来在理解强相互作用和弱相互作用复杂相行为方面的进展，特别强调了在液体、含助溶剂的混合物和界面区域中，离子液体的异质微观结构和动力学。

本文要点：

1）由于阳离子-阴离子的组合和助溶剂混合物不计其数，深入了解它们的层次结构和动力学对合理选择和设计具有理想性能的ILs具有重要意义。这些ILs的一个重要特征是它们比分子溶剂更复杂，并且在各个方面表现出丰富的多样性，从组成离子的分子结构，分子内和分子间的相互作用，动力学以及液体中IL的自组装液体形态等。因此，研究人员概述了通过先进的实验技术和分子模拟，对离子液体进行的广泛研究，包括游离离子、离子对、离子簇、离子连续体、氢键（HB）网络以及具有极性和非极性网络互穿性的双连续海绵结构。

2）ILs的微观结构、动力学和传输特性归因于组成离子与本体液体中周围离子、IL混合物中的助溶剂分子和无机盐以及受限环境中的固体表面之间复杂的相互作用。研究人员指出离子液体中多种多样的溶剂结构是过去、现在和将来许多离子液体研究兴趣的来源，这些兴趣涉及到离子液体化学的几乎所有方面。

3）随着该领域的成熟，需要对离子液体进行经济成本/效益分析，如何选择和设计合适的离子以实现独特的微观结构、独特的介观液体形态和特定的宏观功能，对于离子液体与现有液体和材料的竞争至关重要。多尺度建模方法，包括第一性原理计算和从头算、原子论和CG MD模拟，不仅提供了互补的结果，而且为理解发生在液体和恶劣条件下的界面区域的独特现象提供了重要的物理见解。

全面了解ILs的基本特性可以为筛选和设计合适的候选IL提供前所未有的指导，并提高其在工业应用中的功能，同时最大限度地减少对环境的影响，实现可持续的未来。

Yong-Lei Wang, et al. Microstructural and Dynamical Heterogeneities in Ionic Liquids. Chem. Rev. 2020.

DOI: 10.1021/acs.chemrev.9b00693.

https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.9b00693