離子液體

1.4.3.1 離子液體定義

離子液體俗稱有機熔鹽，是由陰陽離子以庫倫力結合而成的晶體。

傳統上大家所熟知的鹽類熔點都很高，如 NaCl(800℃)、KCl(770℃)當 這些無機鹽類或其混合物的溫度高於熔點時，會呈現可流動的融熔 狀態，稱為高溫融鹽(high-temperature molten salt)。在此一狀態下的 鹽類，具有較能自由移動的陰離子及陽離子，因而具有導電性。許多難 的「低溫融鹽」(low-temperature molten salt)或「離子液體」(ionic liquid，IL)[33]。

1.4.3.2 離子液體種類

離子液體通常是由陽離子和陰離子組合的有機鹽類，依不同方式組 成，可藉由改變陰離子來改變其親水、介於親水與疏水、疏水的性質，

因為有這樣特殊性質變化，故離子液體有設計溶劑之稱(Design

solvent)。主要常見陽離子結構有下列型式，其結構如 Figure1-6 所示，

不同陽離子型式可有不同的應用型態。

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Figure 1-6 Structures of ionic liquids[34]

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離子液體電化學穩定電位視窗(electrochemical stability window)對其 電化學應用也非常重要。電化學穩定電位窗就是離子液體開始發生氧化 反應的電位和開始發生還原反應的電位的差值。大部分離子液體的電化 學穩定電位窗為 4V 左右，與一般有機溶劑相比是較寬的，這也是離子 液體的優點之一[39]。

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1.4.3.4 離子液體的應用 1.4.3.4.1 溶劑應用

由於離子液體可以溶解有機或無機物質，可當有機反應之溶劑來取 代傳統有機溶劑，可減少傳統揮發性溶劑的危害。Przemyslaw Kubisa [40]將離子液體用於 Atom Transfer Radical Polymerization(ATRP)增加鏈 增長速率和減少終止反應速率常數，有助於分離殘留催化劑和減少副反 勢。Majid Vafaeezadeh,等人[41]提出 Brønsted acidic ionic liquids(BAILs) 乾淨和多功能特性，可以取代傳統均勻相酸性催化劑 H2SO4、HCl 和 H3PO4。應用在常見有機反應，如水合和脫水、氧化、生物柴油合成酯 化過程、烷基化和生物轉換。

1.4.3.4.3 電化學

由於離子液體具導電性，可取代傳統的電解液，具有較廣的電化學 位能視窗 (Electrochemical potential windows)的優點，可改善電化學中使 用溶劑的偵測限制。使用離子液體在電化學的研究，開啟了離子液體在 綠色化學領域之重視，推展其在鋰電池、燃料電池及太陽能電池的應 用。

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Schmidt, Christian 等人[42]使用了 1-hexyl-3-methyl-imidazolium [HMI]、1-butyl-3-methyl-imidazolium [BMI]和

1-butyl-1-methyl-pyrrolidinium[BMPyr]為主離子液體，取疏水性 FAP、PF6、BTSI 和親水 性 BF4作為陰離子，將 Nafion117 進行改變原本性質，並觀察薄膜吸水 性、是否被水沖洗出、在濕潤環境下是否膨脹、熱穩定性、機械性質、

離子交換容量和離子導電度等特性分析，結果顯示帶有 FAP 離子液體在 高溫乾燥環境下，效果優於未改質的 Nafion。

1.4.3.4.4 溶膠-凝膠(Sol-Gel)的溶劑

André Vioux 等人[43]提出應用離子液體獨特性，當作溶劑凝膠應用 於乾燥化學反應添加劑、催化劑、致孔劑、和溶劑或共溶劑。此外，亦 提出離子凝膠應用在金屬氧化物、無機有機和矽衍生物等混合，並提出 可能可以應用在燃料電池的電解質薄膜、敏化太陽能電池光學設備、鋰 電池和感測器。

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發現其中 aliphatic ammonium 有較低熔點且疏水性較佳；Nishi, Naoya 等 人[46]研究 perfluoroalkyltrifluoroborate ions 有離子液體-水兩相系統，因 為其有抗水解、疏水性高及低熔點高穩定性。進而嘗試根據 Zhou, Z. B 等人[47]的方法，製備一系列低熔點四級胺鹽類含氟離子液體，應用於 質子交換膜的摻混，並製備膜電極組，確認其在燃料電池的效能。