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为探究纳米结构化对离子液体（ILs）传输特性的影响，研究人员对 7 种 ILs 同系物进行研究。结果发现烷基链长影响其粘度和电导率，且存在趋势转变。该研究为理解 ILs 性质提供依据，助力相关领域应用。
在化学领域，离子液体（ILs）作为一种独特的低熔点化合物，近年来备受关注。它完全由离子构成，阳离子是含有头基和烷基侧链的有机物，阴离子则有有机和无机之分。由于其离子的特殊性，离子液体的结构受到多种相互作用的影响，比如库仑力、氢键以及范德华力。这些相互作用使得离子液体的结构变得复杂，就像一个充满奥秘的微观世界，吸引着众多科研人员去探索。
随着科技的发展，离子液体在能源存储、化学反应介质等诸多领域展现出巨大的应用潜力。然而，目前对于离子液体纳米结构化与传输特性之间的关系，科研人员的了解还十分有限。例如，离子液体在不同条件下的粘度和电导率变化规律尚不清晰，这极大地限制了其在实际中的应用。为了突破这些困境，深入挖掘离子液体的潜在价值，研究人员迫切需要对其纳米结构化和传输特性进行系统研究。
在此背景下，研究人员针对这一问题展开了深入探究。他们对 7 种离子液体同系物系列，即 [CnC1im]BF4、[CnC1im]PF6、[CnC1im][OTf]、[CnC1im][FAP]、[CnC1im][NTf2]、[CnC1pyr][NTf2]、[Cnpy][NTf2]，进行了系统且高分辨率的研究，重点关注其粘度和电导率随温度的变化情况。该研究成果发表在《Fluid Phase Equilibria》上。
在研究过程中，研究人员运用了多种关键技术方法。在样品处理方面，将购买的液体样品在真空环境下干燥处理，以降低杂质含量。测量技术上，采用自动化的 Anton Paar SVM 3001 Stabinger 粘度密度仪测量粘度和密度，利用定制的基于精密 LCR meter 和适配商业电导池的装置测量电导率。同时，运用 Vogel-Fulcher-Tammann（VFT）方程对实验数据进行拟合分析。
研究结果如下：
- 密度：测量了不同同系物系列的密度，发现其随温度变化的规律可通过多项式方程拟合。并且，随着烷基链增长，离子液体的密度逐渐趋近于烷烃的行为，每增加一个亚甲基（-CH2-），摩尔体积增量约为 17 cm3?mol-1。
- 粘度：研究发现，随着阳离子烷基链长度增加，所有同系物系列的粘度都增加。这是因为烷基链的增长降低了液体的整体流动性，增强了范德华相互作用。通过 VFT 方程拟合得到的相关系数显示，能量屏障（Eη）也随之增加，这与粘性流动所需克服的能量增加相呼应。
- 电导率：当阳离子烷基链长度增加时，电导率下降。通过对阻抗谱的分析发现，随着烷基链增长和温度降低，电阻和电抗谱向低频移动。此外，研究人员还计算了摩尔电导率（Λ），发现其随烷基链长度变化趋势与电导率一致，且能量屏障（EΛ）也相应增加。
- 烷基链长度对传输特性的影响：综合分析发现，烷基链长度的增加不仅影响粘度和摩尔电导率，还导致传输特性曲线出现趋势转变，这一转变通常发生在 n = 6 - 7 时。这种趋势转变被认为是离子液体纳米结构化加剧的结果，意味着离子液体从具有强离子特性的液体转变为以疏水区域为主导的纳米结构化液体。同时，研究还发现阴离子的性质对传输特性有显著影响，较小且球形的阴离子（如 BF4-和 PF6-）与较大且高度电荷分散的阴离子（如 NTf2-和 FAP）相比，具有更高的能量屏障和不同的预指数系数。
- Walden 关系：通过研究粘度和摩尔电导率之间的关系，发现长链离子液体对理想 Walden 线的负偏差更大，这与烷基链的聚集现象相符。而且，随着烷基链长度增加，电导率相关的能量屏障与粘度相关的能量屏障比值（EΛ/Eη）增大，表明两者的能量屏障逐渐趋于相似。
研究结论和讨论部分指出，该研究通过对 7 种离子液体同系物的研究，揭示了纳米结构化对离子液体粘度和电导率的影响。VFT 方程能很好地描述所有研究离子液体的温度依赖性。阴离子的性质在同系物系列的差异中起着关键作用，不仅影响传输特性，还影响能量屏障和预指数系数。通过 Walden 关系的研究发现，结构变化会影响粘度和摩尔电导率之间的相关性，简单结构的离子液体更符合 Walden 规则。此外，研究还发现能量屏障约占离子液体内聚相互作用的 0.2 - 0.35，球形阴离子系列的比例更高，且除短链离子液体外，该比例不受烷基链长度增加的影响。
总的来说，这项研究为深入理解离子液体的性质提供了重要依据，有助于推动离子液体在更多领域的应用和发展，为相关领域的科研人员提供了极具价值的参考，在离子液体研究领域具有重要的意义。
