离子液体中阴离子依赖的二苯并噻吩萃取机制：基于DFT的分子相互作用解析及高效脱硫设计

为解决传统加氢脱硫(HDS)技术对二苯并噻吩(DBT)等芳香硫化物去除效率低的问题，研究人员通过密度泛函理论(DFT)分析了四种[C4 mim]+ 基离子液体(ILs)的阴离子化学特性对DBT萃取的影响。研究发现[C4 mim][C8 H17 SO4 ]因协同氢键和范德华作用表现最优，揭示了熵效与相分离过程对实际效率的关键影响，为绿色燃料净化提供了分子设计依据。

　　

随着全球环保法规的日益严格，石油燃料中的含硫化合物转化成的SO_x
已成为城市空气污染和酸雨的主要元凶。传统加氢脱硫技术对二苯并噻吩(DBT)等芳香硫化物束手无策，亟需开发新型绿色溶剂。离子液体(ILs)因其可设计性强、低挥发性等优势成为研究热点，但阴离子化学特性对萃取机制的影响始终是未解之谜。

为破解这一难题，研究人员在《Journal of Ionic Liquids》发表研究，通过密度泛函理论(DFT)系统分析了[C₄
mim][C₈
H₁₇
SO₄
]、[C₄
mim][OTf]、[C₄
mim][Cl]和[C₄
mim][PF₆
]四种ILs的分子相互作用。研究采用DMol3程序进行几何优化，结合COSMO模型分析σ-剖面，并计算了ILs-DBT复合物的相互作用能。

氢键形成能力
σ-剖面分析显示[C₄
mim][Cl]具有最强的质子受体能力，但实验表现却逊于[C₄
mim][C₈
H₁₇
SO₄
]，说明实际效率受多重因素调控。

分子结构特征
DFT优化显示阴离子尺寸决定空间排布：小体积Cl^-
紧贴咪唑环H4原子（2.116?），而大体积[C₈
H₁₇
SO₄
]^-
则与咪唑环形成2.311?的O3-H5氢键。

ILs-DBT相互作用
[C₄
mim][C₈
H₁₇
SO₄
]展现独特优势：其辛基链与DBT产生范德华作用（2.755?），同时SO₄
基团形成2.101?的强氢键，实现"双驱动"萃取。

能量与熵效应
虽然[C₄
mim][Cl]-DBT相互作用能(-8.193kcal/mol)高于[C₄
mim]OTf，但后者实际效率更高，证实熵增和相分离动力学对宏观萃取的关键影响。

该研究首次建立阴离子特性-分子相互作用-萃取效率的定量关系，指出[C₄
mim][C₈
H₁₇
SO₄
]的优越性源于：①适度疏水性平衡相分离；②柔性烷基链增强熵驱动力；③多位点氢键协同作用。这一发现突破了传统仅关注焓变的设计思路，为开发第四代智能ILs脱硫剂提供了理论基石，对实现超低硫清洁燃料生产具有重要指导价值。