离子液体在无机纳米材料合成中的应用.ppt

离子液体在无机纳米材料合成中的应用,学生：王红心指导老师：杨维慎中科院大连化物所504组2006.04.11,Seminar,离子液体的概念、特点、应用离子液体在无机纳米材料合成中的应用举例说明离子液体在纳米多孔材料、纳米粒子、一维纳米粒子合成中的应用总结和展望,Seminar主要内容,离子液体：室温离子液体、室温熔融盐、非水离子液体、液态有机盐等（RTIL,roomtemperatureinoicliquids)在室温及相邻温度下完全(100%)由离子组成的有机液体物质特点无蒸汽压、高的热稳定性和化学稳定性、不可燃；溶解性好；电导率高,电势窗大,图1.两种最常见的结构：X无机阴离子,李汝雄等,绿色溶剂：离子液体的合成与应用,2004,21,Seminar离子液体的概念、特点1,一般应用1914年，硝酸乙基铵120C2，第一个RTIL有机合成反应3-7：F-G反应、D-A反应、Heck反应、氧化反应、加氢反应、烷基化等催化反应3,7-9电化学11-12化学分离中的应用7纳米材料合成中的应用13-27,Seminar离子液体的一般应用,纳米材料：特殊的电学、光学、力学、磁学及生物学等特征传统的合成方法中多用到各种有机溶剂或模板，并且合成条件的要求也比较高采用离子液体的合成路线：简便、绿色、高效原因：表面张力低（成核率高）；低表面能（溶解能力）、提供憎水基和高导向性的极性（平行或垂直于）；高稳定性（高温非压力）；无水或者微量水（避免氢氧化物和无定形物产生）；“延长”的氢键（超分子溶剂）不适合高温高压合成（缺点）（如碳化物和氮化物的高温高压合成）,Seminar无机纳米材料合成中的应用总结13-27,纳米多孔材料Dai等emimTf2NTMOSsel-gelSiO2气凝胶13Zhou等C16minClnanocas.Tech.层状超微孔SiO214Zhou等BmimBF4nanocas.Tech.蠕虫状超微孔SiO215纳米粒子或中空球纳米粒子Ir16,17、Rh17、Pd18,19、Au&Pt20等Itoh等调变IL阴离子Au的光学性质21Zhou等BmimBF4TiO2锐钛矿(2-3nm)海绵体(70-100nm)22,23一维纳米粒子Zhu等BuPyBF4微波加热Te纳米棒和纳米线24BmimBF4微波加热ZnO花状和针状25Cao等C2OHmimCl微波加热ZnO纳米片26,Seminar典型的无机纳米材料,以离子液体为模板剂采用纳米铸造技术合成超微孔SiO215,模板剂:C4mim+BF4-Sol-gel前躯体：TMOS合成路线：mixed+HClmethanolremovaledgelationextrating(acetonitrile)TEM:diam.2.5nmthickn.2.5-3.1nm,图2.超微孔SiO2的TEM,NanoLett.,2004,4(3):477,Seminar典型例子之一,图3.氢键与-堆垛共同作用的自组装机理,三种作用力SiO-HBF-H键BF-C4mim+CFC4mim+C4mim+-堆垛Diam.(IL)1.2nmDiam.(pore)2.5nmIR证实BF-(CF3SO2)2N-:孔分布变宽,NanoLett.,2004,4(3):477,Seminar典型例子之一,基于咪唑阳离子调变阴离子的方法合成纳米金粒子21,合成路线：1NaBH4+HAuCl4（1）mixed2filtered(removefree1andions)TEM:aver.diam.=5.0nmUV:526nmFT-IR:1589cm-（C=C)TG&EA10%,图5.添加HPF6前(a)后(b)的TEM,图4.典型反应示意图,J.Am.Chem.Soc.,2004,126(10):3026,Seminar典型例子之二,阴离子改变对纳米金粒子的影响,HI:539nmHPF6:682nm（Cl-:526nm)亲水:Cl-、Br-、BF4-憎水：I-、PF6-,图6.A添加aHCl、bHBr、cHBF4、dHI、HPF6溶液的照片；Ba、d、e的UV吸收谱图,J.Am.Chem.Soc.,2004,126(10):3026,Seminar典型例子之二,离子液体中微波辅助的Te纳米棒和纳米线的合成24,创新：结合了离子液体和微波加热的优点特点：快速、高效、无模板剂、绿色,图7.合成Te纳米棒（线）的典型反应示意图,Angew.Chem.Int.Ed.,2004,43:1410,Seminar典型例子之三,制备程序、合成温度、加热方式、合成时间、溶剂等对纳米材料合成的影响结论：离子液体和微波加热均起到重要的作用,Angew.Chem.Int.Ed.,2004,43:1410,表1.采用微波加热合成的几个典型样品,Seminar典型例子之三,图8.样品1和样品2的TEM、EDP、HREM和晶体结构示意图,说明aeforsamper1ghforsamper2Nanorodsdiam.：15nm-40nmlength:700nm（c）:diam.32nmlen.610nm（e）:0.5927nm(周期），增长方向001Nanowiresdiam.:20nm-100nmlength.:10um,Angew.Chem.Int.Ed.,2004,43:1410,Seminar典型例子之三,总结离子液体在纳米材料合成中的优势三个实例说明：例1，常规溶剂合成：溶剂蒸发容易导致凝胶的收缩（崩塌）。IL合成：具有较长的熟化时间，且具有较高的离子键力，高聚合率、有助于水解和浓缩，结构稳定；较大的溶解能力，稳定均一，无明显界面，利于产物生成例，主要体现了IL对Au的稳定作用，阴离子的可调是Au在光学传感器方面具有潜在的应用例，常规合成：高温有毒的表面活性剂，并且反应时间比较长。IL合成：大的阳离子（离子传导性和极性）微波吸收率，高效；快速改变的电场（反应系统形成暂时、各向异性的微域），定向生长（纳米棒和纳米线）展望RTIL、Nano.两大研究热点RTIL工业化制备（目前处于关键时期）更多的应用需要加深对RITL本身的认识,Seminar总结与展望,1李汝雄等,绿色溶剂：离子液体的合成与应用,2004,21-2WaldenP,Bull.Acad.Imper.Sci.4053SeddonKR.J.Chem.Tech.Biotechnol.,1997,68:3514LarsenAS,HolbreyJD,ThamFS,etal.J.Am.Chem.Soc.,2002,122:72645ZhaoDB,WuM,KouY,etal.Catal.Today,2002,74:1576SeddonKR,StarkA,TorresM.PureAppl.Chem.,2000,72:22757HuddlestonJG,WillauerHD,SwatloskiRP,etal.Chem.Commun.,1998,17658DupontJ,deSuozaRF,SuarezPAZ.Chem.Rev.,2002,102:36679SheldonR.Chem.Commun.,2001,23:239910ChoongES.Chem.Commun.,2004,103311EndresF.Chem.Phys.Chem.,2002,3:14412FullerJ,CarlinRT,OsteryoungRA.J.Electrochem.Soc.,1997,144:388113DaiS,JuYH,GaoHJ,etal.Chem.Commun.,2000,243,Seminar参考文献,14ZhouY,AntoniettiM.Adv.Mater.,2003,15:145215ZhouY,JanH,AntoniettiM.NanoLett.,2004,4(3):47716DupontJ,FonsecaGS,UmpierreAP,etal.J.Am.Chem.Soc.,2002,124:422817FonsecaGS,UmpierreAP,FichtnerPFP,etal.Chem.Eur.J.,2003,9:326318HuangJ,JiangT,HanBX,etal.Chem.Commun.,2003,165419ScheerenCW,MachadoG,DupontJ,etal.Inorg.Chem.,2003,42:473820KimKS,DemberelnyambaD,LeeH.Langmuir,2004,20:55621ItohH,NakaK,ChujoY.J.Am.Chem.Soc.,2004,126(10):302622ZhouY,AntoniettiM.J.Am.Chem.Soc.,2003,125:1496023KineticsofAggregationandGelation(eds.FamilyF,LandauD).Nort