離子液體單體(ILMs)和聚離子液體(PILs)是一種相對較新的含離子材料，它們在每個重復(fù)單元中均攜帶由有機(jī)陽離子和陰離子組成的離子液體(ILs)。離子液體具有的物理化學(xué)特性：如高熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性和電化學(xué)穩(wěn)定性、不易燃性和可忽略的揮發(fā)性。由于有廣泛的陰陽離子可供選擇組合，選擇合適ILs與聚合物相結(jié)合形成PILs，可以將二者的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合，這樣獲得的PILs具有更強(qiáng)的穩(wěn)定性、更高的機(jī)械耐久性和更**的性。PILs的單離子導(dǎo)電特性使得其可以作為新型的聚合物電解質(zhì)而用于能源存儲系統(tǒng)和機(jī)電轉(zhuǎn)換裝置。
然而，PILs中通過共價連接的離子聚合物骨架由于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的升高會導(dǎo)致離子遷移受阻，進(jìn)一步使其離子電導(dǎo)率比純ILs低2-3個數(shù)量級。因此，理解PILs中結(jié)構(gòu)對離子傳導(dǎo)和介電性能的影響是必要的。近日，來自賓西法尼亞州立大學(xué)材料科學(xué)與工程系的Ralph H. Colby等人通過對降冰片烯咪唑離子液體進(jìn)行研究（圖1），探索了其結(jié)構(gòu)對于其離子傳導(dǎo)和介電性能的影響。
作者設(shè)計合成了多種基于降冰片的ILs（圖2），這類ILs是通過烷基或者氧乙烯基(OE)將降冰片烯基團(tuán)引入到咪唑陽離子及PILs中，作者通過介電弛豫譜(DRS)來研究不同分子結(jié)構(gòu)的離子液體在一個寬頻率范圍內(nèi)和對應(yīng)溫度下離子傳導(dǎo)和介電性質(zhì)的變化。
作者對上述ILs進(jìn)行了介質(zhì)弛豫測試（圖3），通過在183 K時具有不同咪唑陽離子結(jié)構(gòu)的的ILs單體的介電損耗光譜可以發(fā)現(xiàn)在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以下，這些ILs單體呈現(xiàn)出單一的介電損耗峰，對應(yīng)于局部偶極子運(yùn)動引起的二次配重弛豫過程。通過基于降冰片基團(tuán)的單咪唑ILs與基于降冰片基團(tuán)的雙咪唑ILs對比，發(fā)現(xiàn)二者的活化能有所不同，作者認(rèn)為單咪唑ILs促進(jìn)了氧乙烯基偶極子的局部運(yùn)動，而雙咪唑則限制了其局部運(yùn)動，從而減緩了增衡過程，增加了活化能。
圖3. 降冰片烯咪唑離子液體的介質(zhì)松弛測試接著作者在253 K下對是否具有氧乙烯基的ILs進(jìn)行了電介質(zhì)導(dǎo)數(shù)光譜測定（圖4），結(jié)果表明OE結(jié)構(gòu)對弛豫頻率的影響不**，但是較長的OE連接劑使離子更容易對電場作出反應(yīng)，促進(jìn)了其分離離子對的形成。
除此之外，作者還對其進(jìn)行了靜電庫侖介電常數(shù)測定（圖5），其介電常數(shù)圖譜表明上述ILs與非離子極性單體不同，這些ILs單體在電極極化開始之前并沒有明顯的平穩(wěn)期，而是隨著頻率的增加而逐漸減少，這意味著潛在的弛緩存在。對于此，作者認(rèn)為是咪唑環(huán)的氫原子和氧乙烯(OE)單元的醚氧原子之間具有特定的相互作用所致。
圖5. 降冰片烯咪唑離子液體的靜電庫侖介電常數(shù)測定總體而言，本文系統(tǒng)研究了含一個或兩個咪唑陽離子與Tf2N陰離子的降冰片基離ILs單體的連接結(jié)構(gòu)（OE）對于本身離子傳導(dǎo)和介電性能的影響。通過一系列實(shí)驗(yàn)表明OE連接導(dǎo)致偶極數(shù)密度的增加，有利于一個增強(qiáng)的偶極矩之間的離子對分離。其次，離子電導(dǎo)率也隨著OE連接劑的加入而增加。該文研究對于ILs而言，可以從結(jié)構(gòu)設(shè)計出發(fā)，合理設(shè)計出的ILs，對于ILs的發(fā)展有著重要的意義。https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.macromol.9b02420U Hyeok Choi, Terry L. Price, Jr., Daniel V. Schoonover, Harry W. Gibson and Ralph H. ColbyDOI: 10.1021/acs.macromol.9b02420以上資料來自互聯(lián)網(wǎng)，如有侵權(quán)，請聯(lián)系我們進(jìn)行刪除
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