离子液体水凝胶中一步法制备负载型多孔纳米催化材料

　　离子液体是一种由阴阳离子构成的室温熔融盐，具有蒸汽压低、电导率高、电化学窗口宽、溶解性强、结构可控等一系列优点。离子液体复杂体系相行为成为近年来研究的热点。研究表明，离子液体体系可以形成乳液、微乳液、囊泡、凝胶、液晶等结构，在气体吸收、萃取分离、化学反应、材料制备等领域有广泛应用。 

　　凝胶是一类特殊的软物质，可以用于材料合成、化学反应、生物医学、有机光电学等领域。中国科学院化学研究所胶体界面与化学热力学实验室韩布兴课题组对无机盐诱导的离子液体水凝胶展开研究，并利用这种特殊凝胶一步法合成了贵金属负载的多级孔纳米催化材料，并具有非常高的催化活性。相关的研究成果发表在J. Am. Chem. Soc., 2014, 136, 3768-3771上。 

　　该研究组发现，无机盐（CaCl₂, MgCl₂等）可以诱导离子液体OmimCl水溶液在一定条件下形成凝胶。通过引入空气，得到多孔凝胶。利用共聚焦显微镜对凝胶进行表征，发现多孔离子液体水凝胶中存在几十纳米到几十微米的多级孔结构（图1）。 

　　图1. 离子液体水凝胶和多孔离子液体水凝胶的照片以及共聚焦显微镜图像。 

　　利用北京同步辐射装置（BSRF）1W2A-小角散射实验站技术对凝胶进行表征。离子液体水溶液中存在着几纳米的聚集体，这种聚集体是短程有序的，在SAXS曲线中存在较弱的衍射峰。随着无机盐浓度的增加，衍射逐渐增强。当无机盐浓度增加到一定程度时，SAXS曲线中会出现一个尖锐的衍射峰，如图2所示，说明无机盐诱导离子液体形成更加有序的聚集结构。并且，随温度的升高，这种有序结构会被破坏。利用SAXS对多孔凝胶的分型进行研究，发现其存在表面分型，说明凝胶是致密的，但界面粗糙 （图2）。 

　　图2. 离子液体水盐体系的SAXS图：（a）SAXS曲线随无机盐浓度的变化；（b）SAXS曲线随温度变化；（c）多孔凝胶SAXS曲线。 

　　此工作还利用无机盐诱导的多孔离子液体水凝胶一步法合成贵金属负载的多级孔纳米催化材料，金属颗粒尺寸非常小（<2 nm）并且载体可以是无机材料、有机材料以及有机无机杂化材料。制备的催化材料在氧化反应、加氢反应中有广泛的应用并具有非常好的催化活性。 

　　这个研究为拓宽了离子液体混合体系的应用范围。在这样研究工作中，同步辐射光源帮助该研究组分析了离子液体/水/盐凝胶的形成与变化，以及凝胶的结构。相信同步辐射光源将会对离子液体复杂体系相行为的研究提供更多的证据。

　　发表文章： 

　　Xinchen Kang, Jianling Zhang, Wenting Shang, Tianbin Wu, Peng Zhang, Buxing Han,* Zhonghua Wu, Guang Mo, Xueqing Xing, One-Step Synthesis of Highly Efficient Nanocatalysts on the Supports With Hierarchical Pores Using Porous Ionic Liquid Water Gel. J. Am. Chem. Soc., 2014, 136, 3768-3771.