离子液体在无机纳米材料合成上的应用

2016-03-13王帅陕西国防工业职业技术学院陕西西安710300

化工管理 2016年36期

关键词：纳米材料室温微球

王帅(陕西国防工业职业技术学院，陕西西安 710300)

离子液体在无机纳米材料合成上的应用

王帅(陕西国防工业职业技术学院，陕西西安 710300)

主要研究离子液体在无机纳米材料合成中的应用，分析了离子液体应用现状，并对离子液体在金属纳米粒子、金属氧化物纳米粒子合成等无机纳米材料制备中的应用进行了探讨。

离子液体；无机纳米材料；合成

绿色化学近些年快速发展起来，以根本上消除化学化工生产带来的环境污染为研究目标，尤其是离子液体新型绿色溶剂，低熔点高沸点，-96℃不凝固，400℃以上不挥发，污染小，环境友好回收方便，在无机纳米材料合成制备中有着较大的应用潜力。

1 离子液体

1914年，Sudgen等人就发现，有机盐硝酸乙基铵室温下为液态，1948年，乙基吡啶溴化三氯化铝的合成宣布AlC13离子液体正式诞生。1982年，发现1-乙基-3-甲基咪唑氯化物-三氯化铝之后，关于室温离子液体的研究逐渐增多，在清洁能源、生命科学、制备功能材料等特殊应用领域都广泛应用，国内研究人员也已开始尝试在催化、纳米材料制备、电化学领域应用离子液体。

当前离子液体的应用主要集中在有机材料方面，在无机材料合成制备中的应用相对较少。纳米材料和传统材料之间在力学、光学、电学以及生物学方面都表现出显著不同，其特殊性能特点来自于特殊的分子结构，研究不同结构纳米材料，发掘其应用价值成为纳米材料研究的重点。常规纳米材料制备方法多使用有机溶剂、模板，反应条件要求比较苛刻，能耗高，成本高，找寻更加简便、节能、绿色的纳米材料合成方法成为纳米材料研究领域关注的焦点。

2 离子液体在合成无机纳米材料中的应用

2.1 金属纳米粒子合成

大多数金属纳米粒子都可以在离子液体中使用常规化学还原方法获得，这样合成的金属纳米材料以球形为主。张晟卯等人的研究中提到了一种室温常压下在室温离子液体介质中还原AgNO3制备纳米材料的方法，在室温[Bmin]BF4离子液体中反应，获得立方相结构粒径20nm左右的Ag纳米微粒。研究认为，离子液体不仅仅可以用作溶剂，还可以当做修饰剂，阻止纳米微粒之间的聚集，控制颗粒大小。纳米钯离子经典室温常压制备方法为溶解Pd（CH3CO2）2和Phen邻二氮杂菲于[Bmin] PF6离子液体，通氢气化学还原二价钯离子，合成的纳米钯离子可直接用于催化加氢，催化活性与选择性更高，且可以重复利用。在HAuC14、NaPt（OH）6前驱硫醇离子液体制备纳米金、铂离子的试验中，发现离子液体在纳米粒子生成过程中发挥介质作用，离子粒径在5nm以下，尺寸与均匀程度受到硫醇基团数量、位置影响。微波辅助离子液法可以在没有模板剂条件下直接制备大尺寸金纳米片，HAuC14溶解于[Bmin]BF4，2.45GHz，128W微波辐射10min可获得30μm，厚度50nm单晶体纳米片，使用离子液体[Bmin]PF6，相同条件下也可获得大尺寸纳米片，但是乙二醇溶液介质相同条件下只能获得纳米颗粒，认为微波辅助离子液法制备金属纳米颗粒，离子液体充当了模板，引导纳米颗粒形成大尺寸纳米片。

2.2 金属纳米氧化物合成

微波反应条件下使用室温离子液体介质，可以合成不同形貌金属氧化物，如ZnO、CuO、Co2O3、TiO2等，反应中改变反应条件以及离子液体阴离子、阳离子结构，就能够控制反应体系微波吸收速率变化，而改变氧化物形貌。如Zhu等人微波加热ZnO-[Bmin]BF4室温离子液体，获得了花状、针状纳米ZnO结构，曹洁明等人则在[C2OHmim]C1离子液体中获得了厚50nm，长几百纳米中心放射花瓣状ZnO纳米聚集体。不同的离子液体阴离子阳离子会改变微波吸热速率，而随着加热时间的延长，聚集体有从片状发展为棒状的趋势。微波辅助离子液体法同样获得了多种形貌各异的CuO纳米、微米结构如CuO纳米叶、纳米棒、纳米花等，离子液体本身是优秀的微波吸收剂，同时还发挥表面活性剂、包覆剂作用，形成晶体形貌过程中选择吸附特定晶面，指导晶体形貌的形成，同时阻止晶粒生长，获得纳米晶体。Kimizuka等人在Ti（OBu）4甲苯溶液中添加[Bmim] [PF6]室温离子液体，界面溶胶-凝胶法制备3-20nm直径锐钛矿中空微球，同时借助羧酸、金属纳米粒子进行微球内、外表面改性，使其具有光催化特殊功能。一步法合成的TiO2凝胶微球没有使用表面活性剂，而能在离子溶液中稳定悬浮。显然室温离子液体给溶胶-凝胶无机中空微球合成提供了捷径，通过搅拌速率、温度等物理条件控制来改变微球尺寸，离子液体是溶剂，同时也是稳定剂，使得煅烧之后TiO2微球仍然保持稳定，这种方法在其他活性金属氧化物合成中也得以广泛应用。