Исследование подвижности ионов и фазовых переходов в ионных жидкостях на основе алкилфосфония

Ионные жидкости на основе фосфония имеют высокую термическую стабильность, относительно низкую стоимость синтеза, а также обычно характеризуются более низкой температурой плавления и вязкостью по сравнению с аналогами на основе аммония. Физические свойства ионных жидкостей, такие как проводимость, вязкость и фазовое поведение всецело определяются взаимодействием между ионами, а также их подвижностью. В связи с этим особый интерес приобретают исследования, помогающие найти взаимосвязь между строением ионной жидкости и ее свойствами. Такие исследования должны не только изучать макроскопические свойства материала, но и рассматривать систему на молекулярном уровне. Теоретические методы квантовой химии и молекулярной динамики отлично подходят для определения параметров взаимодействия между ионами и предсказания их свойств. Наиболее подходящей экспериментальной методикой для исследования подвижности ионов как в жидкой, так и в твердой фазе, а также изучения фазового поведения системы является метод твердотельной 2Н ЯМР спектроскопии. Данный метод позволяет обнаружить существование различных водородных связей в твердой фазе. Так, нам удалось показать, что 2Н ЯМР позволяет явно характеризовать строение водородных связей различного типа: катион-анионные и катион-катионные. Сосуществование этих двух типов в некоторых ионных жидкостях оказывает прямое влияния на механизм и подвижность ионов в жидкой фазе. При этом подвижность ионов сохраняется даже в переохлажденном состоянии, которое в ряде ионных жидкостей может быть стабильно даже при температуре на несколько десятков градусов ниже температуры плавления. Подобное поведение является преимуществом при создании низкотемпературных электролитов. В рамках данного проекта планируется исследование подвижности ионов и фазового поведения ионных жидкостей на основе триалкилфосфония, а также изучение влияния строения ионной жидкости на ее свойства. В частности, будет проведена корреляция между длиной алкильной цепи в триалкилфосфониевых катионах и подвижностью ионов. Будет проведено сравнение ионных жидкостей с анионом различной силы [(CH3)SO3-, (CF3)SO3-, (CF3SO2)2N-] (OMs, OTf, NTf2). Вариация силы аниона приводит к изменению вклада кулоновского взаимодействия в ионной паре за счет чего может происходить изменение фазового поведения, а также параметры подвижности ионов. Полученные данные будут анализироваться в комплексе с уже известными результатами для гомологичных ионных жидкостей на основе катиона триалкиламмония для выявления общих закономерностей влияния структуры ионной жидкости на ее физические свойства. Новизна предлагаемого исследования связана с систематическим подходом к изучению динамических явлений в ионных жидкостях на молекулярном уровне, в том числе в области температур фазового перехода. Более того объектами исследования являются фосфониевые ионные жидкости, которые характеризуются низкой температурой плавления и вязкостью. Полученные данные послужат основой для систематического изучения влияния водородных связей на строение и функциональные свойства ионных жидкостей, а также формирования рекомендаций для синтеза ионных жидкостей с еще более низкой температурой плавления, сохраняющих подвижность ионов при наиболее низких температурах.