• Журавлев Олег Евгеньевич
  • 2010
  • 23

Влияние структуры парамагнитных ионных жидкостей на их физико-химические свойства автореферат диссертации для написания диплома, курсовой работы, тема для доклада и реферата

Влияние структуры парамагнитных ионных жидкостей на их физико-химические свойства - темы дипломов, курсовиков, рефератов и докладов Ознакомиться с текстом работы
Специальность ВАК РФ: 02.00.04 — Физическая химия
  • Реферун рекомендует следующие темы дипломов:
  • Данные о свойствах и строении парамагнитных
  • Реферун советует написать курсовую работу на тему:
  • Электронное строение и оптические свойства
  • Реферун советует написать реферат на тему:
  • Динамика электронной спиновой системы в растворе
  • Реферун предлагает написать доклад на тему:
  • Теоретическая оценка влияния ИМП - обработки на твердость модифицированной древесины
  • Модели позисторного эффекта
  • Изменение характеристик позисторов во времени
Поделиться с друзьями:

Выдержки из автореферата диссертации Журавлев Олег Евгеньевич, 2010, 02.00.04 — Физическая химия

Актуальность работы. В последние годы значительно возрос интерес к такому классу соединений, как ионные жидкости (ИЖ). Ионные жидкости - это соли жидкие при комнатной или близкой к ней температуре. В состав ионных жидкостей входит объемный органический катион: 1.3-диалкилимидазолий, алкиламмоний, алкилфосфоний, ТЧ-алкилпиридиний и др. и неорганический или органический анион. Главные характеристики ИЖ - это высокая термическая стабильность, низкое давление паров, хорошая растворяющая способность, нетоксичность, негорючесть. Уже сейчас ионные жидкости применяются как растворители, катализаторы, экстрагенты, в получении полимеров, нанокомпозитов и наноматериалов.

В 2004 году японские ученые обнаружили новое свойство ионных жидкостей - отклик на магнитное поле, если в составе ИЖ в качестве противоиона выступает тетрахлорферрат анион. Они получили название -магнитные ионные жидкости. Термин «магнитные ионные жидкости» несколько условный, поскольку истинно магнитные жидкости имеют магнитную восприимчивость на несколько порядков больше, поэтому корректней их называть «парамагнитные ионные жидкости». Новые материалы могут быть источником наноразмерных магнитных частиц для получения магнитоуправляемых композитов, могут быть использованы для получения иммуномагнитных лекарств, в качестве сред для левитации и манипулирования различными макро- и микрообъектами и др.

Известно, что физико-химические свойства ионных жидкостей и, в частности, парамагнитных ионных жидкостей зависят от природы как катиона, так и аниона, и при варьировании их структуры возможно изменение физико-химических свойств соединений. Очевидно, что установление зависимости между структурой парамагнитной ионной жидкости и физико-химическими свойствами важная задача, поскольку ее решение позволит проводить направленный синтез ионных жидкостей с заданными свойствами и применять их в конкретных целях. Кроме того, сведения о парамагнитных ионных жидкостях достаточно противоречивы и немногочисленны и их исследования ограничиваются в основном лишь отдельными производными 1,3-дизамещенных имидазолия.

Целью работы являлось изучение влияния структуры катиона в тетрахлорферратах замещенного пиридиния, имидазолия и аммония на их физико-химические свойства.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

1. Синтезировать новые ионные жидкости, различающиеся природой и структурой катиона и содержащие одноименный парамагнитный [РеСЦ]' анион.

2. Комплексом взаимодополняющих физических методов (ИК-, ЯМР-, Раман-спектроскопия, спектроскопия в видимой области и РСА) изучить структуру и оценить возможности супрамолекулярной организации в кристаллах парамагнитных ионных жидкостей.

3. Исследовать влияние молекулярной структуры парамагнитных ионных жидкостей на их макроскопические свойства: магнитную восприимчивость, электропроводность, термическую стабильность, плотность.

4. Провести сравнительный анализ структуры парамагнитных ионных жидкостей и их физико-химических свойств.

5. Изучить возможность использования синтезированных парамагнитных ионных жидкостей в качестве сред для левитации диамагнитных макро- и микрообъектов.

Научная новизна. Впервые получены новые парамагнитные ИЖ -тетрахлорферраты четвертичного пиридиния, имидазолия и аммония, различающиеся структурой и природой катиона и обладающие парамагнитными свойствами. Впервые комплексом взаимодополняющих физических методов (ИК-, ЯМР-, Раман-спектроскопия, спектроскопия в видимой области и РСА) охарактеризована структура новых соединений; методом РСА установлены основные структурные характеристики и типы супрамолекулярной организации в кристаллах изученных тетрахлорферратов Ы-аллилпиридиния и тетрабутиламмония. Впервые показано, что структура и природа органического катиона в парамагнитных ИЖ оказывает существенное влияние на структурную организацию в кристалле, что приводит к изменению их физико-химических свойств: электропроводности, плотности, магнитной восприимчивости и термической стабильности. Варьированием структуры гидрофильного центра катиона и заместителей в. нем, возможно получать парамагнитные ИЖ с заданными свойствами.

Практическая значимость. Полученные результаты расширяют и углубляют знания о взаимосвязи структурных и физико-химических свойств парамагнитных ИЖ для использования их в конкретных целях. Показано, что полученные новые парамагнитные ионные жидкости могут быть использованы в качестве сред для левитации и манипулирования различными диамагнитными макро- и микрообъектами. Обладая высокой термической стабильностью (400450 °С), они могут быть использованы как каталитические среды в довольно широком интервале температур. Высокая электропроводность позволяет применять их в различных электрохимических процессах и сенсорах. Новые парамагнитные ИЖ могут быть источником наноразмерных парамагнитных частиц при получении нанокомпозитов. Полученные результаты и установленные закономерности влияния структуры парамагнитных ИЖ на их свойства могут служить основой для направленного регулирования свойств ИЖ и использования их в новых химических нанотехнологиях.

Общая характеристика объектов и методов исследования. В качестве объектов исследования использованы ионные жидкости - тетрахлорферраты и хлориды четвертичного пиридиния, имидазолия и аммония. Экспериментальные исследования выполнены с применением ИК-, ЯМР-, КР-спектроскопии, спектроскопии в видимой области, рентгеноструктурного анализа, дифференциальной термогравиметрии, кондуктометрии, сканирующей

электронной микроскопии. Также были использованы физические методы для исследования удельной магнитной восприимчивости ионных жидкостей.

Личный вклад автора. Экспериментальные исследования были выполнены непосредственно диссертантом, а также их обсуждение, написание литературного обзора и экспериментальной части работы.

Апробация работы. Основные результаты работы были представлены и обсуждены на конференциях: Joint European Magnetic Symposia (Dublin, Ireland, 2008); Международная научная конференция «Приоритетные направления развития науки, технологий и техники» (Шарм-эль-шейх, Египет, 2008); Международная научная конференция «Современные материалы и технические решения» (Дубай, ОАЭ, 2008); Международная научная конференция «Современные наукоемкие технологии» (ЮАР, 2008); Молодежная научная конференция «Проблемы теоретической и экспериментальной химии» (Екатеринбург, 2008, 2009); Международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов» (Москва, 2008, 2009, 2010); II Всероссийская научная конференция «Физико-химические и прикладные проблемы магнитных дисперсных наносистем» (Ставрополь, 2009); Юбилейная научная конференция, посвященная 80-летию Химфака МГУ (Москва, 2009); Областная научно-техническая конференция молодых ученых «Физика, химия и новые технологии» (Тверь, 2008, 2009, 2010); Научная конференция аспирантов и студентов химико-технологического факультета (Тверь, 2008, 2009, 2010).

Работа выполнена при финансовой поддержки Российского фонда фундаментальных исследований грант №04-03-96705, а также при поддержке Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере, проект №6972р/9585.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 статей, в том числе 2 статьи в ведущих рецензируемых журналах, 14 тезисов докладов.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, выводов и списка цитируемой литературы (146 наименований). Основной текст изложен на 145 страницах машинописного текста, содержит 43 рисунка, 12 таблиц.

выводы

1. Синтезированы новые парамагнитные ионные жидкости, различающиеся природой и структурой катиона и содержащие одноименный парамагнитный тетрахлорферрат анион.

2. Комплексом взаимодополняющих физических методов и данными элементного анализа подтверждена структура и состав синтезированных парамагнитных ионных жидкостей.

3. Впервые методом РСА установлена кристаллическая и молекулярная структуры тетрахлорферратов N-аллилпиридиния и тетрабутиламмония, показано существование супрамолекулярной организации в кристаллах парамагнитных ионных жидкостях за счет образования водородных связей аниона с орто- и пара- протонами ароматического кольца, а также стеккинг-взаимодействия колец. Установлено отсутствие водородных связей в кристаллах тетрабутиламмоний тетрахлорферрата и преобладание лишь кулоновских взаимодействий.

4. Впервые оценена магнитная восприимчивость (28.0-48.0 см3/г) и ионная проводимость (0.1-6 Ом 'см"1) тетрахлорферратов четвертичного аммония, пиридиния и имидазолия различающихся структурой заместителей в катионе. Установлено, что увеличение длины радикала в катионе приводит к снижению ионной проводимости и плотности. Показано, что электропроводность растворов магнитных ионных жидкостей значительно выше их электропроводности в чистом виде.

5. Присутствие в структуре катиона электроноакцепторных заместителей приводит к увеличению магнитной восприимчивости. Установлено, что увеличение удельной магнитной восприимчивости тетрахлорферратов непосредственно связано со степенью подвижности атомов водорода как в ароматическом кольце, так и в боковой цепи для всех изученных тетрахлорферратов.

6. Найдено, что изменение молекулярной структуры парамагнитных ионных жидкостей отражается и на их термической стабильности. Установлено, что исследованные тетрахлорферраты устойчивы до 400-450°С по сравнению с хлоридами (250-350°С) и с исходным HFeCL, (80°С).

7. Показано, что синтезированные магнитные ионные жидкости могут быть использованы в качестве сред для манипулирования различными объектами диамагнитной природы, в частности, для левитации микро- и макрообъектов.

Список работ, в которых опубликованы основные положения диссертации

Статьи в журналах, рекомендованных ВАК

1. Журавлев O.E., Веролайнен Н.В., Ворончихина Л.И. Влияние структуры нуклеофила и субстрата на кватернизацню гетероциклических аминов // ЖОХ. 20Ю.Т.80,№ 5. С. 854-857.

2. Журавлев O.E., Гречишкина Т.С., Ворончихина Л.И. Сравнительная характеристика бактерицидных свойств четвертичных солей пиридиния и пиперидиния // Вестник ТвГУ. Сер. «Биология и экология». 2009. № 2. С. 54-58.

Другие публикации по теме диссертации

3. Журавлев O.E. Синтез четвертичных солей имидазолия - перспективных ионных жидкостей // Вестник ТвГУ. Сер. «Химия».-2007. №15. С. 73-80.

4. Журавлев O.E., Ворончихина Л.И. Особенности синтеза четвертичных солей имидазолия // III Междунар. науч. конф. «Современные наукоемкие технологии». ЮАР, 2008. С. 80.

5. Журавлев O.E., Ворончихина Л.И. Влияние структуры катионного центра ферроценилметил- и бензилалкилдиметиламмоний хлоридов на их бактерицидные свойства // III Междунар. науч. конф. «Фундаментальные исследования». Доминиканская республика, 2008. С. 114.

6. Журавлев O.E., Ворончихина Л.И. Синтез парамагнитных ионных жидкостей на основе четвертичных солей пиридиния // Вестник ТвГУ. Сер. «Химия». 2008. №8. С. 92-97.

7. Zhuravlyov О., Verolainen N., Kustov M., Grechishkin R., Voronchihina L. Lévitation with permanent magnets in ionic liquids // Joint European Magnetic Symposia. Dublin, Ireland, 2008. P. 380.

8. Журавлев O.E. Синтез новых катионных производных имидазола // Тез. докл. XVIII Российской молодежной науч. конф. «Проблемы теоретической и экспериментальной химии». Екатеринбург, 2008. С. 300.

9. Журавлев O.E. Синтез ионных жидкостей на основе новых катионных производных имидазола // Материалы докл. Междунар. конф. студентов и аспирантов по фундаментальным наукам «Ломоносов-2008» /Отв. ред. И.А. Алешковский, П.Н. Костылев, А.И. Андреев [Электронный ресурс] М.:МАКС Пресс, 2008. 1-электрон, опт. диск. (CD-ROM); 12см.

Ю.Журавлев O.E. Особенности синтеза четвертичных солей имидазолия // XV Региональные Карпинские чтения. Областная научно-практич. конф. молодых ученых «Физика, химия и новые технологии». Тверь, 2008. С. 33.

П.Журавлев O.E., Ворончихина Л.И. Синтез новых перспективных ионных жидкостей с парамагнитными свойствами на основе четвертичных солей пиридиния // Междунар. конф. «Приоритетные направления развития науки, технологий и техники». Шарм-эль-шейх, 2008. С. 66-67.

12. Журавлев O.E., Ворончихина Л.И. Синтез перспективных ионных жидкостей обладающих парамагнитными свойствами на основе четвертичных солей пиридиния // III Междунар. конф. «Современные материалы и технические решения». Дубай, 2008. С. 122.

13. Журавлев O.E. Парамагнитные ионные жидкости как среды для левитации микро- и макрообъектов // Тез. докл. XIX Российской молодежной науч. конф. «Проблемы теоретической и экспериментальной химии». Екатеринбург, 2009. С. 239.

14. Журавлев O.E., Ворончихина Л.И. Новый класс ионных жидкостей обладающих парамагнитными свойствами // Всероссийская конф. «Физико-химические и прикладные проблемы магнитных дисперсных наносистем». Ставрополь, 2009. С. 23-28.

15.Журавлев O.E., Веролайнен II.В., Ворончихина Л.И. Ионные жидкости: сегодня и завтра// Вестник ТвГУ. Сер. «Химия». 2009. №9. С. 20-28.

16.Журавлев O.E., Веролайнен Н.В., Ворончихина Л.И. Реакция С-алкилирования пиридинов и свойства катионных поверхностно-активных веществ на основе 2-бутилпиридина// Вестник ТвГУ. Сер. «Химия». 2010. №10. С. 79-87.

17. Журавлев O.E. Влияние структуры парамагнитных ионных жидкостей на их физико-химические и магнетохимические свойства // Материалы докл. Междуиар. конф. студентов и аспирантов по фундаментальным наукам «Ломоносов-2010» / Отв. ред. И.А. Алешковский, ГШ. Костылев, А.И. Андреев [Электронный ресурс] М.гМАКС Пресс, 2010. 1-электрон. опт. диск. (CD-ROM); 12см.

18. Журавлев O.E. Некоторые свойства парамагнитных ионных жидкостей // Областная научно-практич. конф. молодых ученых «Физика, химия и новые технологии». Тверь, 2010. С. 30.

Поделиться с друзьями: