[发明专利]稀土金属离子液体及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及一类稀土金属离子液体及其制备方法和用途，尤其是一类新型的硝酰稀土金属酸盐阴离子的离子液体以及该类离子液体的制备方法和用途，属于稀土功能材料及其制备技术和应用领域。

背景技术

离子液体是一种低温熔融盐，在接近室温条件下（<150oC），是完全由离子构成的低粘度液体，离子液体一般由有机阳离子与无机或有机阴离子构成。离子液体是一种优良的电解质，到20世纪80年代中期，人们发现离子液体还可以作为一种新型溶剂和全新的催化材料，具有常用有机溶剂和传统催化剂所无法比拟的性质。离子液体具有高热稳定性、宽液态区间、可忽略蒸汽压、极性可调等优点，可提供非水环境，易于循环使用，具有很多分子化合物不可比拟的独特性能。近年来随着材料科学的蓬勃发展，离子液体的应用领域不断扩大，离子液体作为可设计的溶剂/软材料已从早先的溶剂和电解质迅速扩展到催化剂、萃取剂、润滑剂、色谱固定相、推进剂、气体吸收剂、磁性材料、光学材料等，它的用途覆盖化学合成、分析测试、化工催化、材料科学和环境科学等诸多学科，引起了化学学科和工业界的广泛重视。稀土金属离子由于其独特的4f层电子构型，而具有优异的催化性能、发光性能和磁学性能，在显示、固体激光器、光纤、防伪、医学、生物标记、超导、强磁体等领域有着潜在的应用价值。稀土金属离子特殊的物理化学特性与离子液体结合在一起，将有望获得新型液体材料。

稀土金属离子液体已经被报道，其中硝酰稀土金属盐离子液体具有很好的水、潮湿稳定性(G. H. Tao, Y. Huang, J. A. Boatz,J. M. Shreeve, Chem. Eur. J. 2008, 14, 11167–11173)。但文献报道的硝酰稀土金属酸盐离子液体不具有荧光和磁学特性，该研究只采用了三唑鎓和四唑鎓的阳离子，其合成的离子液体熔点较高，液态性质较差，热稳定性不是很好。此外，其合成方法需要比较复杂的制备过程和昂贵的脱水剂。而采用二烷基取代的咪唑或一烷基取代的吡啶为阳离子的离子液体通常都具有较好的稳定性和流动性。有关本发明所涉及的低熔点高稳定性的硝酰稀土金属酸盐离子液体至今尚未有报导，这类硝酰稀土金属酸盐离子液体的制备方法和用途也是本发明首次提及。

 

发明内容

本发明目的在于提供一类新型的稀土金属离子液体，并提供这类离子液体的制备方法和用途。

本发明目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明提供的稀土金属离子液体，其阴离子结构式为：(Ln[NO₃]₆)^3-。

本发明提供的稀土金属离子液体，其阳离子结构式为：二烷基取代的咪唑[R₁R₂im]⁺或一烷基取代的吡啶阳离子[RPy]⁺。

其中稀土离子Ln为La³⁺, Ce³⁺, Pr³⁺, Nd³⁺, Sm³⁺, Eu³⁺, Gd³⁺, Tb³⁺, Dy³⁺, Ho³⁺, Er³⁺, Tm³⁺, Yb³⁺或Lu³⁺。

其中R₁、R₂、R为氢原子或可有合适取代基的低级烃基，如：甲基，乙基，丙基，丁基，异丁基，己基，辛基，烯丙基，氰乙基，乙酸乙酯基等。

本发明提供的稀土金属离子液体的制备方法是：将稀土金属硝酸盐溶液以1:3的摩尔比加入到对应的咪唑或吡啶硝酸盐溶液中，搅拌均匀，反应后除去溶剂，即得到稀土金属离子液体。

上述可用溶剂可以是水、甲醇、乙醇、异丙醇、乙腈、乙酸乙酯等一种或几种，优选乙腈、水。

该反应温度为室温~60 ℃，优选室温；反应时间为1~24 h。