密度泛函理论研究：咪唑基离子液体与小分子的氢键相互作用

"咪唑基离子液体与小分子相互作用的理论研究 (2013年)" 本文是一篇自然科学领域的论文，研究重点在于1-乙基-3-甲基咪唑四氟合硼酸盐([EMIM][BF4])这种离子液体与三种小分子——2-甲基噻吩(2-MT)、正己烷(HEX)和异丁基硫醇(IBT)之间的相互作用。研究人员运用密度泛函理论(DFT)，具体包括GGA/PW91和DNP基组来优化分子结构，并通过自然键轨道(NBO)和原子间分子势(AIM)分析来深入探讨氢键的形成和作用。 在[EMIM][BF4]与2-甲基噻吩(2-MT)的相互作用中，发现[BF4]阴离子的氟原子与咪唑环上的C2-H2键形成了氢键，这对形成稳定的离子对至关重要。同时，[BF4]阴离子与[EMIM]+阳离子的支链也存在氢键作用。这种氢键作用对于理解离子液体与有机分子间的相互作用机理提供了关键信息。 对于[EMIM][BF4]与正己烷(HEX)以及异丁基硫醇(IBT)的相互作用，主要观察到的是氢键的形成。尽管这些小分子吸附在离子液体上，但并未显著改变[EMIM][BF4]离子对的基本性质。这表明，尽管小分子的种类不同，但氢键仍然是主导相互作用的主要力量。 在2-甲基噻吩(2-MT)的情况下，除了氢键，还观察到了π-C-H的作用，这是[EMIM][BF4]与2-MT之间特有的相互作用模式。而与正己烷(HEX)和异丁基硫醇(IBT)的相互作用则主要限于氢键。 通过计算相互作用能，研究者发现2-甲基噻吩(2-MT)对离子液体的吸附优先级高于正己烷(HEX)和异丁基硫醇(IBT)。这一结果对于理解离子液体在选择性吸附和分离过程中的性能具有重要意义。 该研究揭示了咪唑基离子液体与小分子之间的复杂相互作用，特别是氢键在其中的关键角色，为设计新型离子液体用于特定化学反应或分离过程提供了理论基础。同时，对于优化离子液体在能源、环境科学和化工领域的应用也具有指导价值。