离子液体在无机纳米材料合成中的应用.ppt

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1、离子液体在无机纳米材料合成中的应用离子液体在无机纳米材料合成中的应用学学 生：王红心生：王红心指导老师：杨维慎指导老师：杨维慎中科院大连化物所中科院大连化物所504504组组2006.04.112006.04.11Seminar n n离子液体的概念、特点、应用离子液体的概念、特点、应用n n离子液体在无机纳米材料合成中的应用离子液体在无机纳米材料合成中的应用n n举例说明离子液体在纳米多孔材料、纳米粒子、一维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纳米粒子合成中的应用n n总结和展望总结和展望Seminar 主要内容主要内容 离子液体：室温离子液体、室温熔融盐、非水

2、离子液体、液态有机盐 等（RTIL,room temperature inoic liquids)在室温及相邻温度下完全在室温及相邻温度下完全(100%)由离子组成的有机液体物质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,2004,21Seminar 离子液体的概念、特点离子液体的概念、特点 1一般应用一般应用 1914年，硝酸乙基铵 12 0C 2，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

3、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纳米材料合成中的应用13-27 Seminar 离子液体的一般应用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）Semin

4、ar 无机纳米材料合成中的应用总结无机纳米材料合成中的应用总结 13-2713-27 纳米多孔材料纳米多孔材料 Dai等 emimTf2N TMOS sel-gel SiO2气凝胶13 Zhou等 C16minCl nanocas.Tech.层状超微孔SiO2 14 Zhou等等 BmimBF4 nanocas.Tech.蠕虫状超微孔蠕虫状超微孔SiO 215 纳米粒子或中空球纳米粒子或中空球 纳米粒子纳米粒子 Ir 16,17、Rh 17、Pd 18,19、Au&Pt 20 等 Itoh等等 调变调变 IL阴离子阴离子 Au的光学性质的光学性质 21 Zhou等 BmimBF4 TiO2 锐

5、钛矿(2-3nm)海绵体(70-100nm)22,23 一维纳米粒子一维纳米粒子 Zhu等等 BuPyBF4 微波加热微波加热 Te 纳米棒和纳米线纳米棒和纳米线 24 BmimBF4 微波加热 ZnO 花状和针状 25 Cao等 C2OHmimCl 微波加热 ZnO 纳米片 26 Seminar 典型的无机纳米材料典型的无机纳米材料典型的无机纳米材料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以离子液体为模板剂采用纳米铸造技术合成超微孔以离子液体为模板剂采用纳米铸造技术合成超微孔以离子液体为模板剂采用纳米铸造技术合成超微孔SiOSiO2 2 1515模板剂:C4mim+BF

6、4 -Sol-gel前躯体：TMOS合成路线：1.mixed+HCl2.methanol removaled3.gelation4.extrating(acetonitrile)TEM:diam.2.5nm thickn.2.5-3.1nm 图图 2.超微孔超微孔超微孔超微孔SiO2SiO2的的的的TEM Nano Lett.,2004,4(3):477Seminar 典型例子之一典型例子之一图图图图 3.3.氢键与氢键与氢键与氢键与-堆堆堆堆垛垛共同作用的自共同作用的自共同作用的自共同作用的自组组装机理装机理装机理装机理三种作用力Si O-HBF-H 键BF-C4mim+C FC4mim+C

7、4mim+-堆垛 Diam.(IL)1.2nm Diam.(pore)2.5nm IR证实BF-(CF3SO2)2N-:孔分布变宽 Nano Lett.,2004,4(3):477Seminar 典型例子之一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：1 NaBH4+HAuCl4 （1）mixed 2 filtered(remove free 1 and ions)TEM:aver.diam.=5.0nm UV:526nm FT-IR:1589cm-（C=C)TG&EA 10%图 5.添加HPF6前(a)后(b)的TEM

8、图 4.典型反应示意图 J.Am.Chem.Soc.,2004,126(10):3026Seminar 典型例子之二典型例子之二阴离子改变对纳米金粒子的影响阴离子改变对纳米金粒子的影响阴离子改变对纳米金粒子的影响阴离子改变对纳米金粒子的影响 HI:539nm HPF6:682nm （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；B a、d、e 的UV吸收谱图 J.Am.Chem.Soc.,2004,126(10):3026Seminar 典型例子之二典型例子之二离子液体中微波辅助的离子液体中微波

9、辅助的离子液体中微波辅助的离子液体中微波辅助的TeTe纳米棒和纳米线的合成纳米棒和纳米线的合成纳米棒和纳米线的合成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.,2004,43:1410Seminar 典型例子之三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 典型例子之三典型

10、例子之三图图图图 8.8.样品样品样品样品1 1和样品和样品和样品和样品2 2的的的的TEMTEM、EDPEDP、HREMHREM和晶体结构示意图和晶体结构示意图和晶体结构示意图和晶体结构示意图说明a e for samper 1g h for samper 2Nanorodsdiam.：15nm-40nmlength:700nm（c）:diam.32nm len.610nm（e）:0.5927nm(周期），增 长方向 001 Nanowiresdiam.:20nm-100nmlength.:10um Angew.Chem.Int.Ed.,2004,43:1410Seminar 典型例子之三典

11、型例子之三l l总结总结离子液体在纳米材料合成中的优势离子液体在纳米材料合成中的优势 三个实例说明：三个实例说明：例例1 1，常规溶剂合成：溶剂蒸发容易导致凝胶的收缩（崩塌）。，常规溶剂合成：溶剂蒸发容易导致凝胶的收缩（崩塌）。ILIL合成：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，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，主要体现了例，主要体现了ILIL对对AuAu的稳定作用，阴离子的可调是的稳定作用，阴离

12、子的可调是AuAu在光学传感器方在光学传感器方面具有潜在的应用面具有潜在的应用 例，常规合成：高温有毒的表面活性剂，并且反应时间比较长。例，常规合成：高温有毒的表面活性剂，并且反应时间比较长。ILIL合成：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）系统形成暂时、各向异性的微域），定向生长（纳米棒和纳米线）l l展望展望 RTILRTIL、NanoNano.两大研究热点两大研究热点 RTIL RTIL 工业化制备工业化制备 （目前处于关键时

13、期）（目前处于关键时期）更多的应用需要加深对更多的应用需要加深对RITLRITL本身的认识本身的认识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,2004,21-2 Walden P,Bull.Acad.Imper.Sci.405 3 Seddon KR.J.Chem.Tech.Biotechnol.,1997,68:351 4 Larsen A S,Holbrey J D,Tham F S,et al.J.Am.Chem.Soc.,2002,122 :7264 5 Zhao D B,Wu M,Kou Y,et al.Catal.Today,2002,74:157

14、 6 Seddon K R,Stark A,Torres M.Pure Appl.Chem.,2000,72:2275 7 Huddleston J G,Willauer H D,Swatloski R P,et al.Chem.Commun.,1998,1765 8 Dupont J,de Suoza R F,Suarez P A Z.Chem.Rev.,2002,102:3667 9 Sheldon R.Chem.Commun.,2001,23:2399 10 Choong E S.Chem.Commun.,2004,1033 11 Endres F.Chem.Phys.Chem.,200

15、2,3:144 12 Fuller J,Carlin R T,Osteryoung R A.J.Electrochem.Soc.,1997,144:3881 13 Dai S,Ju Y H,Gao HJ,et al.Chem.Commun.,2000,243Seminar 参考文献参考文献 14 Zhou Y,Antonietti M.Adv.Mater.,2003,15:1452 15 Zhou Y,Jan H,Antonietti M.Nano Lett.,2004,4(3):477 16 Dupont J,Fonseca G S,Umpierre A P,et al.J.Am.Chem.

16、Soc.,2002,124:4228 17 Fonseca GS,Umpierre A P,Fichtner P F P,et al.Chem.Eur.J.,2003,9:3263 18 Huang J,Jiang T,Han B X,et al.Chem.Commun.,2003,1654 19 Scheeren C W,Machado G,Dupont J,et al.Inorg.Chem.,2003,42:4738 20 Kim K S,Demberelnyamba D,Lee H.Langmuir,2004,20:556 21 Itoh H,Naka K,Chujo Y.J.Am.Ch

17、em.Soc.,2004,126(10):3026 22 Zhou Y,Antonietti M.J.Am.Chem.Soc.,2003,125:14960 23 Kinetics of Aggregation and Gelation(eds.Family F,Landau D).North2Holland:Elsevier,1984 24 Zhu YJ,Wang W W,Qi R J,et al.Angew.Chem.Int.Ed.,2004,43:1410 25 Wang W W,Zhu Y.J.Inorg.Chem.Commun.,2004,7:1003 26 Cao J M,Wang J,Fang B Q,et al.Chem.Lett.,2004,33(10):1332 Seminar 参考文献参考文献 谢谢 谢！谢！