室温离子液体（ionic liquid），又称熔盐，简称离子液体。是由特定的阳离子和阴离子组成的在室温或接近室温下呈液态的离子化合物。在这种液体中只含有阴阳离子，没有中性分子。一般情况下，离子化合物在室温下是固体，其强大的离子键使阴、阳离子只能在晶格中振动，而不能转动或平动；离子化合物阴阳离子之间的作用较强，具有较高的熔点、沸点以及硬度，因此，离子化合物的液态只在高温下存在。离子液体中使用了离子体积较大的有机阳离子代替了无机阳离子，使其晶格排列呈现较大的不规则性，大幅度降低其自身的熔点。阳离子中电荷越分散且对称性越低，则离子液体的熔点也越低。
（一）离子液体的发展及现状
最早关于离子液体的研究可以追溯到1914年，Walden等[87]发现并报道了第一个在室温下呈液态的有机盐——硝酸乙基胺（[EtNH3][NO3]），其熔点为12℃。它是由乙胺与浓硝酸反应制得。1948年，Hurley和Wier[88]在寻找一种温和条件电解Al2O3时，将N-烷基吡啶加入AlCl3中，两固体混合物加热后发生反应，得到了无色透明的液体，这一偶然发现成为现在离子液体的雏形。20世纪70年代，Osteryoung研究小组在为导弹和空间探测器开发高效储能电池时，重新合成了N-烷基吡啶氯铝酸盐离子液体。当时，离子液体的研究主要集中于电化学方面。到了80年代，Wilkes等[89]合成了1，3-二烷基咪唑氯铝酸盐类离子液体。而Seddon研究小组[90]则用氯铝酸盐作为非水极性溶剂，研究了不同过渡金属配合物在这种离子液体中的化学反应、光谱学性质以及电化学行为等。由于氯铝酸盐类离子液体对水和空气的敏感性成为了其应用中无法回避的缺点，同时，它们还具有较强腐蚀性，限制了其应用。因此，探寻对水和空气稳定的离子液体显得十分迫切。
进入21世纪，离子液体研究进入了一个新的阶段。新型离子液体不断涌现，而其主要特征则是从耐水体系向功能体系发展，即根据某一应用需要，设计并合成具有特定功能的离子液体。如Rogers的研究小组[92]在咪唑阳离子上引入了硫脲官能团，赋予了离子液体萃取重金属离子的能力。离子液体还可以作为一些天然高分子材料的溶剂，用于溶解加工这些材料。相关文献已经报道了离子液体对于生物质材料具有很好的溶解性能。国际上第一个以离子液体为特色的大规模工业园已由德国BASF建成。离子液体的应用领域不断扩大，从合成化和催化反应扩展到过程工程、产品工程、资源环境、功能材料以及生命科学等领域，离子液体与超临界流体、电化学、生物、纳米、信息等技术的结合，将进一步拓展离子液体的发展空间；离子液体的结构和性质数据的积累虽然十分有限，但已有一定的规模，为系统地探索离子液体的结构性质关系并建立离子液体的分子设计方法尊定了基础[64]。现今，离子液体的研究正在蓬勃发展，方兴未艾。
（二）离子液体的种类和性质
离子液体由阳离子和阴离子组成，种类繁多。根据阳离子的不同可将离子液体分为四类：烷基季铵离子、烷基季磷离子、1，3-二烷基取代的咪唑离子和N-烷基取代的吡啶离子，其结构如图2-29所示。
图2-29 离子液体中的阳离子
阴离子种类有很多，大致可分为两类：一类是卤化盐+AlCl3（Cl也可用Br代替），例如氯代-1-丁基-3-甲基咪唑氯铝酸盐（[BMIM]Cl—AlCl3），此类离子液体最大的缺点是对水极其敏感，要在真空或惰性气体保护下才能进行处理和应用；另一类离子液体则是由熔点为12℃的1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐（[BMIM][BF4]）发展起来的。这类离子液体不同于前者，其组成是固定不变的，对水和空气的稳定性能优异，因此近几年取得惊人发展。
离子液体中存在着强大的静电相互作用，致使其物理与化学性质表现出非同寻常的特点。
（1）熔点。室温离子液体的熔点自然都在室温附近，而熔点与其结构间的关系目前还不明确。有研究表明[93]，当咪唑阳离子的两个取代基结构对称时，其熔点比不对称时的高，原因是阳离子结构的非对称性，会使其难以规则地排列而不能形成晶体。
（2）蒸汽压。离子液体的主要特点是非挥发性或零蒸汽压，这是由于离子液体内部存在着很大的库仑力，即使在高温和真空条件下，它也会保持很低的蒸汽压，据此，离子液体成为传统挥发性有机溶剂的绿色替代物。
（3）密度。通常咪唑型离子液体在室温下的密度为1.1～1.7g/cm3。离子液体的密度主要取决于阴离子的体积和配位能力，阳离子结构的微小变化可以使离子液体的密度得到精细的调整。(www.xing528.com)
（4）黏度。离子液体应用的最大障碍是黏度很高，高黏度会使很多有机反应的速率降低以及氧化还原物质的扩散速率降低。一般认为，离子液体内的库仑力、范德瓦耳斯力以及氢键作用，阳离子的结构和阴离子的尺寸会对离子液体的黏度产生影响。通常可以通过升温或加入有机共溶剂的方法调节离子液体的黏度。
（5）热稳定性。多数离子液体的热分解温度在200℃以上，因此可以在高温反应中代替传统溶剂。离子液体的热稳定性受杂原子与碳原子间以及与氢键间的作用力限制，与组成其的阳离子和阴离子的结构和性质有着密切关系。
（6）电导率。离子液体的电导率一般在10-3s/cm左右，大小与离子液体的黏度、相对分子质量、密度以及离子尺寸的大小都有着密切关系。其中黏度影响最显著：黏度越大导电性越差。而密度对导电性的影响则正好与黏度相反，密度越小导电性越好。在黏度和密度相近时，通常离子体积越小，其导电性越好。
（7）电化学窗口。离子液体的电化学稳定性由阴阳离子的电化学稳定性决定。通常情况，离子液体的氧化电位由阴离子的氧化反应电位决定，还原电位则是由阳离子的还原反应电位决定，氧化电位和还原电位共同决定着离子液体的电化学窗口。
（8）溶解性。一般来说，离子液体与极性溶剂互溶性高，与非极性溶剂互溶性差，但具体溶解性能与其组成有关。此外，对大多数无机、有机和高分子材料来说，离子液体是一种优良的溶剂。
（三）离子液体的合成及应用
通过不同种类的合成路线可以得到不同类型的离子液体，这是离子液体的最大特点——可调控性，通常离子液体的合成可以简单分为两类。
一步合成法：通常是指直接通过卤代烷或者中和反应等使氮或磷原子季铵化一步达到目标离子液体，该方法操作简便，副产物少，产物提纯容易。例如[BMIM]Cl、[AMIM]Cl、[BMIM]BF4等离子液体的合成。
两步合成法[94]：常规的一步法难以得到的离子液体，就需要两步法合成。首先合成为季铵或季磷类的中间离子液体，然后用其他的负离子置换中间离子液体的阴离子而得到最终的目标离子液体。例如[EMIM]Ac、[BMIM]Ac的合成。
在化学反应方面，离子液体作为溶剂提供了与传统分子溶剂不同的化学反应环境，并且可直接用于有机合成中的烷基化[95]、酰基化[96]、酯化和催化等反应的溶剂，因此往往表现出不同于传统溶剂的反应机理，例如，环戊二烯与丙烯酸甲酯和甲基酮的Diels-Alder反应，在离子液体[EtNH3][NO3]中比在丙酮等非极性分子溶剂中反应速率更快，内旋产物的选择性更高。在离子液体中烯烃的选择氢化、选择性烷基化等反应效果更好。在离子液体中用TiCl4催化乙烯聚合，可以使乙烯停留在低聚反应上。在分离萃取方面，离子液体可以代替传统溶剂实现燃料油的氧化脱硫，该方法避免了使用有机溶剂所造成的污染和安全问题。在电化学方面，Fuller等[97]研究了二茂铁在离子液体1-乙基-3-甲基咪唑四氟化硼中四硫富瓦烯的电氧化行为，表明其作为电化学溶剂效果非常好。Jonathan等[98]研究有机物的萃取效率时发现，N-甲基咪唑类离子液体具有更好的萃取效果。离子液体在尖端光学设备的制造、纳米复合碳材料以及生物柴油的催化方面都表现出惊人的特点，现在离子液体已经广泛应用于社会各个领域。
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