一种离子液体体系中分子分布的调控方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种离子液体体系中分子分布的调控方法和应用，所述调控方法是选用具有微不均一性的微观结构和微观环境的离子液体体系作为介质，利用光场和/或电场诱导所述离子液体体系内部的微观结构的变化；若所述离子液体体系中添加有中性小分子，在所述光场和/或电场下极化的中性小分子也可以实现重新分布；通过对所述微观结构的变化和/或中性小分子重新分布敏感的染料和/或探针分子探测，同时调控染料和/或探针分子的光学和/或电学行为。所述调控方法可以在光电调控、传感、催化转化、化学反应、生命科学、纳米器件、气体收集、环境保护等领域中得到应用。

【技术实现步骤摘要】
一种离子液体体系中分子分布的调控方法及应用
本专利技术涉及光电调控及传感
，具体地，涉及一种离子液体体系中分子分布的调控方法及应用。
技术介绍
在光照或者电场作用下，具有微不均一性的体系的微观结构的改变、其内部分子的运动和重新分布、以及相关的光学或电学行为的变化，不仅在生命科学过程，例如光合作用、细胞活性、酶催化等过程中广泛存在，而且与光电领域中的太阳能电池、氧气电池、锂电池、传感器、光电催化反应等众多重要科学问题以及应用技术息息相关。离子液体作为一种新型的环境友好溶剂已经得到了广泛的关注和研究，其具有几乎不挥发、稳定性高、光电性能优异、以及结构与性能易于调控等优点，在化学反应、催化、分离、光化学和电化学等领域有着广泛的应用。同时，离子液体的微观结构中存在氢键网络、极性与非极性微区等微不均一性的特点。离子液体由有机阳离子和无机/有机阴离子组成，其带电组分可以通过静电和氢键的作用构成氢键网络或极性微区，而非极性的组分例如烷基可以通过范德华作用构成非极性组分。这种可设计的带电的微不均一性的微观结构和微观环境为光电调控提供了新型的介质，同时为光电调控化学反应的应用提供了一个新的广泛的应用可能性。对于利用这种微不均一性的离子液体体系，如何调控其微观结构，同时调控溶解在这种体系中的分子运动及分布，以及分散在这种体系中的染料和/或探针分子的光电行为，无论在理论研究上还是实际应用中意义都非常深远重大。
技术实现思路
为了实现上述问题，本专利技术提供一种离子液体体系中分子分布的调控方法，包括将离子液体体系置于外加光场和/或电场中，调控离子液体体系的微结构。根据本专利技术，所述离子液体体系可以包含溶解到该体系内的中性分子。优选地，所述调控方法包括以下步骤：(1)将中性分子溶解在离子液体中，封闭该离子液体体系；(2)将上述步骤(1)的离子液体体系置于外加光场和/或电场中，调控离子液体体系的微结构，同时调控中性分子在离子液体体系中的分布。根据本专利技术，步骤(1)中溶解在离子液中的中性分子，可以是中性小分子；同时，步骤(1)还可以包括将染料和/或探针分子分散到离子液体中的步骤；例如，可以先将中性小分子溶解到离子液体中，然后再将染料和/或探针分子分散到离子液体中，形成离子液体体系，通过染料和/或探针分子的光学和/或电学行为的改变和调控，来验证离子液体微结构的变化，和/或中性分子在离子液体中的移动和分布。根据本专利技术，在步骤(1)中，所述的离子液体可以为离子液体中的一种或两种或更多种离子液体的混合物。优选地，所述离子液体内部具有氢键网络，或极性和非极性的微区等微观上具有微不均一性的微观结构和微观环境。优选地，所述离子液体可以进一步含有其他物质；所述其他物质可以选自例如下列溶剂中的一种或多种：水、乙醇、乙二醇、四乙二醇二甲基醚。优选地，所述离子液体为含有由正电荷集中的杂环(如咪唑环、吡啶环中的一种或多种)和阴离子(如六氟磷酸、四氟硼酸、卤素阴离子中的一种或多种)构成的极性组分和非极性组分。其中，所述极性组分中的杂环被非极性组分中的一种或多种取代。优选地，所述卤素选自F、Cl、Br、I中至少一种。其中，所述非极性组分选自例如取代或未取代的烷基。优选地，所述烷基选自C1～30的烷基，例如C1～20的烷基、C1～10的烷基，具体可以是甲基、乙基、正丙基、异丙基、丁基、异丁基、叔丁基、正戊基、正己基、正庚基、正辛基中的一种或多种。作为实例，所述离子液体可以选自下列中的一种或多种：1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸离子液体、1-己基-3-甲基咪唑六氟磷酸离子液体和1-辛基-3-甲基咪唑六氟磷酸离子液体。根据本专利技术，所述染料和/或探针分子选自已知用于光电研究及应用的染料和/或探针分子。例如，所述染料和/或探针分子选自卟啉(如四苯基卟啉)、酞氰、香豆素(如香豆素153)、罗丹明中的一种或多种。根据本专利技术，所述染料和/或探针分子在离子液体中的摩尔浓度为10-9-10mol/L。根据本专利技术，所述的中性小分子选自可以溶解在离子液体体系中的分子，例如易于移动的中性小分子。例如，所述的中性小分子选自氧气分子(O2)，氮气分子(N2)，二氧化碳分子(CO2)，二氧化硫分子(SO2)，硫化氢分子(H2S)中的一种或多种。根据本专利技术，所述中性小分子在离子液体中的摩尔浓度为10-9-10mol/L。根据本专利技术，所述外加光场的光源为连续波长或单一波长；所述光源发射的光的波长范围为200～800nm；所述光场的强度为0.1～1000mJ；所述的外加电场的电源为直流电源或交流电源；所述外加电场的强度为10～1010N/C。例如，可以使用激光光场(532nm,1Hz,10mJ/脉冲)或该光场转变的交变电场。本专利技术还提供经上述方法调控后的离子液体体系。根据本专利技术，还提供一种恢复经上述方法调控的离子液体体系的方法，包括使用加热、搅拌、超声、震荡、放置中的至少一种方法处理经上述方法调控的离子液体体系。根据本专利技术，采用上述恢复方法可以将经上述方法调控后的离子液体体系的部分或全部恢复为调控之前的微结构。根据本专利技术，所述加热的温度可以为25℃-350℃。根据本专利技术，所述放置时间可以为1min-30天，例如1～24小时，如2～12小时。所述放置温度可以是15～30℃，例如20～25℃。本专利技术还提供上述调控方法或经上述方法调控后的离子液体体系的用途，其可以用于光电调控、传感、催化转化、化学反应、生命科学、纳米器件、气体收集、环境保护等领域。本专利技术的有益效果：本专利技术提供了一种离子液体体系中分子分布的调控方法和应用，所述调控方法是选用具有微不均一性的微观结构和微观环境的离子液体体系作为介质，利用光场和/或电场诱导所述离子液体体系内部的微观结构的变化；若所述离子液体体系中添加有中性小分子，在所述光场和/或电场下极化的中性小分子也可以实现重新分布；通过对所述微观结构的变化和/或中性小分子重新分布敏感的染料和/或探针分子探测，同时调控染料和/或探针分子的光学和/或电学行为。本专利技术所述的调控方法，具有如下优点：(1)如前所述，本专利技术提供了一种离子液体体系中分子分布的调控方法和应用；目前，无论是国内还是国际，利用光场和/或电场等外场作用，对离子液体的微观结构进行调控，并可进行恢复的相关应用未见报道。本专利技术首次以离子液体体系为介质，利用光场和/或电场，调控介质的微观结构，进而调控溶解在离子液体体系中的分子运动及分布。通过光场和/或电场不仅成功调控了所述离子液体体系的微观结构变化，还可以使得溶解在所述离子液体体系中的中性小分子进行重新分布，并利用染料和/或探针分子进行探测，同时也调控了染料和/或探针分子的光学和/或电学行为。(2)所述光场和/或电场条件下，实现了溶剂与溶质分子同时调控的行为，这为光场和/或电场同时调控提供了新的介质和可能性。由于所述离子液体体系种类多样，同时可以根据不用的应用有目的的设计其微观结构，结合不同的中性小分子以及不同染料和/或探针分子，所述调控方法可以在光电调控、传感、催化转化、化学反应、生命科学、纳米器件、气体收集、环境保护等领域中得到应用。(3)本专利技术所述的调控方法能够非常简便的利用外加光场和/或电场的方式调控离子液体体系中的微观结构变化，同时调控其内部中性小分子的重新分布以及本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种离子液体体系中分子分布的调控方法，包括将离子液体体系置于外加光场和/或电场中，调控离子液体体系的微结构；优选地，所述方法包括以下步骤：(1)将中性分子溶解在离子液体中，封闭该离子液体体系；(2)将上述步骤(1)的离子液体体系置于光场和/或电场中，调控离子液体的微结构，同时调控中性分子在离子液体体系中的分布；优选地，步骤(1)中溶解在离子液中的中性分子，可以是中性小分子；同时，步骤(1)还可以包括将染料和/或探针分子分散到离子液体中；例如，先将中性小分子溶解到离子液体中，然后再将染料和/或探针分子分散到离子液体中，形成离子液体体系，通过染料和/或探针分子的光学和/或电学行为的改变和调控，来验证离子液体微结构的变化，和/或中性分子在离子液体中的移动和分布。

【技术特征摘要】
1.一种离子液体体系中分子分布的调控方法，包括将离子液体体系置于外加光场和/或电场中，调控离子液体体系的微结构；优选地，所述方法包括以下步骤：(1)将中性分子溶解在离子液体中，封闭该离子液体体系；(2)将上述步骤(1)的离子液体体系置于光场和/或电场中，调控离子液体的微结构，同时调控中性分子在离子液体体系中的分布；优选地，步骤(1)中溶解在离子液中的中性分子，可以是中性小分子；同时，步骤(1)还可以包括将染料和/或探针分子分散到离子液体中；例如，先将中性小分子溶解到离子液体中，然后再将染料和/或探针分子分散到离子液体中，形成离子液体体系，通过染料和/或探针分子的光学和/或电学行为的改变和调控，来验证离子液体微结构的变化，和/或中性分子在离子液体中的移动和分布。2.如权利要求1所述的方法，其中所述离子液体为离子液体中的一种或两种或更多种离子液体的混合物；例如为含有由正电荷集中的杂环(如咪唑环、吡啶环中的一种或多种)和阴离子(如六氟磷酸、四氟硼酸、卤素阴离子中的一种或多种)构成的极性组分和非极性组分；优选地，所述卤素选自F、Cl、Br、I中至少一种；优选地，所述非极性组分选自例如取代或未取代的烷基；优选地，所述烷基选自C1～30的烷基，例如C1～20的烷基、C1～10的烷基，具体可以是甲基、乙基、正丙基、异丙基、丁基、异丁基、叔丁基、正戊基、正己基、正庚基、正辛基中的一种或多种。3.如权利要求1或2所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：马仁君，李博轩，夏安东，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11