EAN離子液體及其水混合溶液中氫鍵行為的分子模擬研究.pdf

1、 分 類 號： 密級： 學(xué)校代碼： 10414 學(xué)號： 2014010747 碩 士 研 究 生 學(xué) 位 論 文 碩 士 研 究 生 學(xué) 位 論 文 EAN EAN 離子液體及其水混合溶液中 離子液體及其水混合溶液中 氫鍵行為的分子模擬研究 氫鍵行為的分子模擬研究 Hydrogen Bond Behavior of Ethylammonium Nitrate Hydrogen Bond

2、Behavior of Ethylammonium Nitrate Ionic Liquid and Its Mixtures with Water Ionic Liquid and Its Mixtures with Water Explored Explored by Molecular Dynamics Simulations by Molecular Dynamics Simulations 黃誼平

3、 黃誼平 院 所：化學(xué)化工學(xué)院 導(dǎo)師姓名：楊振、陳祥樹 學(xué)科專業(yè)：物理化學(xué) 研究方向：理論計(jì)算化學(xué) 二○一七 年 五 月 摘 要 近年來，離子液體因低蒸汽壓、高熱穩(wěn)定性、不可燃、高電導(dǎo)率等獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)，備受關(guān)注。更為重要的是，研究人員發(fā)現(xiàn)通過改變陰陽離子的結(jié)構(gòu)和組成可以獲得不同功能型的離子液體。 此外， 少量水的加入也能夠極大地改變離子液體的物理化學(xué)性質(zhì)， 這有利于拓展離子液體的實(shí)際應(yīng)用范圍。

4、無論是純離子液體還是其和水形成的混合物，它們的特殊物理化學(xué)性質(zhì)本質(zhì)上取決于陰離子、陽離子以及水分子之間的相互作用，主要包含靜電力、范德華力和氫鍵這三種作用。相比于靜電力和范德華力，氫鍵具有局域性和取向性的雙重特點(diǎn)，使得實(shí)驗(yàn)表征手段往往難于直接觀察氫鍵性質(zhì)。 然而， 分子動力學(xué)模擬能夠幫助人們從分子水平上獲取復(fù)雜溶液體系中的結(jié)構(gòu)、 動力學(xué)以及氫鍵行為的微觀信息， 為現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)結(jié)果提供深入的解釋。 因此， 本論文主要是采用分子動力學(xué)模擬方法

5、研究純硝酸乙基氨(Ethylammonium nitrate, EAN)質(zhì)子化離子液體及其水溶液混合物中的結(jié)構(gòu)性質(zhì)，動力學(xué)性質(zhì)及其氫鍵行為。 首先，本工作采用分子動力學(xué)模擬方法研究了：在 300 K 到 400 K 范圍內(nèi)，不同溫度對純 EAN 離子液體的結(jié)構(gòu)性質(zhì)、動力學(xué)性質(zhì)以及氫鍵行為的影響。模擬結(jié)果表明溫度的變化幾乎對質(zhì)子化 EAN 離子液體的結(jié)構(gòu)性質(zhì)沒有影響， 這預(yù)示著溫度的升高并不會改變陰陽離子之間的靜電作用力和范德華力。 然而

6、， 溫度的升高卻對離子液體的動力學(xué)性質(zhì)的影響非常強(qiáng)烈。當(dāng)溫度從 300 K 升高至 400 K 時(shí)， 計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn)陰陽離子之間的氫鍵強(qiáng)度急劇地減弱， 從而導(dǎo)致陰陽離子的擴(kuò)散系數(shù)和轉(zhuǎn)動速率都增大了近一個(gè)數(shù)量級。 與此同時(shí)， 本工作還發(fā)現(xiàn)陰陽離子都會表現(xiàn)出很明顯的次擴(kuò)散行為。 相應(yīng)地， 通過計(jì)算陰陽離子對的解離動力學(xué)性質(zhì)發(fā)現(xiàn)陰陽離子對的解離速率加快了將近 1 個(gè)數(shù)量級， 這種獨(dú)特的現(xiàn)象主要是由于溫度的升高導(dǎo)致陰陽離子之間的氫鍵強(qiáng)度減弱。 然