离子液体：阴阳离子相互作用（门爽）（英文版）

本书从光电子能谱角度出发，选用咪唑鎓型、吡啶鎓型、季铵盐型、季鏻盐型和锍阳型离子液体，系统深入地阐述了离子液体中阴、阳离子间的相互作用，并对三卤化物阴离子体系、氯锡酸阴离子体系和两性离子液体进行了简要介绍。本书共5章，第1章介绍离子液体的合成、性能及X 射线光电子能谱技术；第2章介绍离子液体中阴、阳离子间的相互作用；第3章介绍氯锡酸阴离子体系；第4章介绍三卤化物阴离子体系；第5章介绍两性离子液体。本书注重理论与实际相结合，有助于读者对近代材料测试技术以及催化化学、摩擦学、润滑技术等相关内容的学习，也可作为相关技术人员的参考用书。

门爽，沈阳理工大学高分子材料与工程专业教授、硕士生导师。北京理工大学高分子材料与工程专业本科，英国诺丁汉大学化学专业博士，加拿大圣弗朗西斯泽维尔大学-英属哥伦比亚大学博士后，美国橡树岭国家实验室访问学者。主要研究领域为离子液体开发与性能研究，高分子材料合成与改性研究。近五年主持省部级科研项目2项，横向科研项目5项，第 一作者发表SCI收录论文25篇，第 一发明人授权发明专利1项。获辽宁省自然科学学术成果奖2项。担任PhysicalChemistryChemicalPhysics、InternationalJournalofQuantumChemistry、RSCAdvances等期刊评审。

Chapter 1 Ionic liquids and photoelectron spectroscopy 1
1.1 Ionic liquids  4
1.2 Ionic liquids properties 4
1.3 Synthesis of ionic liquids 5
1.3.1 Materials  6
1.3.2 Instrumentation  6
1.3.3 2,3-Dimethylimidazolium ionic liquids 6
1.3.4 3-Methylimidazolium ionic liquids 8
1.3.5 Pyridinium ionic liquids  12
1.3.6 Ammonium ionic liquids  13
1.3.7 Phosphonium ionic liquids 13
1.3.8 Chlorostannate ionic liquids  14
1.3.9 Trihalide ionic liquids 14
1.4 XPS experiment 15
References 17

Chapter 2 Cation-anion interactions 23
2.1 [C4C1Im] ionic liquids  24
2.1.1 Electronic environment of carbon regions  25
2.1.2 Electronic environment of nitrogen regions  28
2.2 [C4C1C1Im] ionic liquids  29
2.2.1 Electronic environment of carbon regions and charge correction 30
2.2.2 Electronic environment of nitrogen regions  32
2.2.3 [C4C1C1Im] versus [C4C1Im] 33
2.3 [N1,8,8,8] ionic liquids 37
2.3.1 Electronic environment of carbon regions  37
2.3.2 Impact of the anion on the cation-anion interactions  39
2.3.3 Impact of the cation on the cation-anion interactions 39
2.4 [P6,6,6,14] ionic liquids  42
2.4.1 Electronic environment of carbon regions  43
2.4.2 Electronic environment of phosphorus regions  43
2.4.3 [P6,6,6,14] versus [C4C1Im]  44
2.5 [S2,2,1] ionic liquids  45
2.6 Impact of the cation acidity on the anion 46
2.7 Ionic liquid mixtures with binary cations  48
2.7.1 For the more basic anion 49
2.7.2 For the less basic anion 50
2.8 Conclusions 52
2.9 XP spectra for this chapter  52
References 74

Chapter 3 Chlorostannate ionic liquids 79
3.1 Formation of chlorostannate ionic liquids  80
3.2 Monitoring the electronic environment of Sn centre 82
3.3 Electronic environment of the cation 87
3.4 Electronic environment of the anion  89
3.5 Conclusions 91
3.6 XP spectra for this chapter  91
References 99

Chapter 4 Trihalide ionic liquids 102
4.1 Comparison to halide-based analogues 103
4.2 Anion basicity  107
4.3 Beam damage 108
4.4 Conclusions 114
4.5 XP spectra for this chapter  114
References 120

Chapter 5 Zwitterionic liquids 123
5.1 Electronic environment of carbon regions 124
5.2 Comparison to acetate-based analogues 125
5.3 Conclusions 127
5.4 XP spectra for this chapter  127
References 130

离子液体完全由阴、阳离子组成，是一类在室温或近室温下呈液态的熔融盐，具有许多独特的物理、化学性能，是一类环境友好和可持续发展的“ 绿色溶剂”。近年来，离子液体在电化学、催化化学、分离分析以及光谱学等领域中的研究和应用取得了很大进展，得到国内外学者的广泛关注。
以X 射线光电子能谱手段研究离子液体的性能是一个全新的领域。这一领域的研究始于2005年，最初是为了研究溶液状态下金属催化剂的电子环境。由于X 射线光电子能谱需要在超高真空条件下运行，所以普通的溶剂无法使用。离子液体由于阴、阳离子间的相互作用，蒸汽压可以忽略不计，是唯一适用于这一领域的溶剂。在不到20年的时间里，包括英国Licence课题组、美国戴胜课题组、德国Cremer 课题组等来自世界各地的学者们不断拓展这一领域的研究，主要包括化学组成，催化剂还原，阴、阳离子相互作用，金属-配体相互作用等。这一领域的研究为离子液体更好地用作溶剂及共反应剂奠定了坚实的理论基础。
作者从博士阶段就开始接触这一领域的研究。2017年出版的 《离子液体与光电子能谱》一书，整理了笔者2008年至2015年的研究成果，系统全面地阐述了阴离子对离子液体中阴、阳离子相互作用的影响。从2015年至2021年，作者所在课题组围绕阳离子对离子液体中阴、阳离子相互作用的影响，对这一领域展开了继续深入的研究，系统深入地研究了咪唑型、吡啶型、季盐型、季盐型和锍阳型离子液体，并对氯锡酸阴离子体系、三卤化物阴离子体系和两性离子液体进行了探索性研究。所有科研成果汇集成本书，是对这一领域研究的重要补充。
本书由沈阳理工大学门爽、李鑫和李刚共同撰写完成，由门爽负责全书统稿。本书第1章介绍离子液体的合成、性能及X 射线光电子能谱技术。第2章对离子液体中阴、阳离子间的相互作用进行阐述，揭示阳离子亲电性对阴、阳离子间相互作用的影响，并简要介绍二元和三元离子液体混合体系。第3章对不同氯锡酸阴离子体系的组成和结构进行论证。第4章选取三种典型的三卤化物阴离子体系，对三卤化物的结构和稳定性进行探讨。第5章对两性离子液体进行初步研究。
在本书的撰写过程中，英国诺丁汉大学的Peter Licence 教授和美国橡树岭国家实验室的戴胜教授给予了专业上的指导，在此致以诚挚的谢意！
由于水平所限，书中难免有不足之处，敬请广大读者批评指正。

门爽
2024年3月于沈阳理工大学