□本報記者 潘鋒
離子液體作為一種全新的功能化介質和材料，已在材料、化工、生物質、電化學等諸多領域展現了良好的應用前景，其應用領域也從化學製備擴展到了環境科學、材料科學和工程技術等領域。出席日前在京舉行的以「離子液體應用的重大科學問題」為主題的第366次香山科學會議的專家指出，離子液體正處在從探索向應用的轉折階段，離子液體應用孕育著新的突破。
蘊藏巨大潛力
化學工業是國民經濟的支柱產業，但傳統化學工業存在能耗高、物耗高、汙染嚴重等問題。實踐證明，新型介質的出現往往能夠產生工藝過程的重大革新，從而大幅度降低能耗、物耗和汙染。離子液體作為一種新型介質，為節能減排及實現物質溫和轉化提供了新的途徑。
離子液體已引起國內外的廣泛關注，目前相關研究論文接近每年3000篇，離子液體產品的專利近千篇，已逐漸成為國際化學化工領域的研究前沿和熱點。
離子液體之所以在眾多領域得到越來越廣泛的應用，源於其具有獨特的物理化學性質，例如液態溫度範圍寬、幾乎可忽略的揮發性、電化學窗口寬，尤其是其性質可調。對其微觀結構與物理化學性質之間定量關係的全面掌握、調控及建立相關性質的計算模型，是離子液體篩選、設計以及獲得工業化應用的前提。
近10年來，作為離子液體研究最重要的內容之一，各國科學家開展了大量有關離子液體應用方面的研究工作，離子液體或作為「綠色」介質，或作為催化材料，或二者兼而有之。儘管目前報導的離子液體參與的催化反應很多，然而迄今為止催化過程的研究還為數不多，但離子液體向工業化推進的速度以及所展現的巨大潛力仍令人鼓舞。
在生物質能源利用方面，研究表明離子液體對於纖維素的溶解處理具有良好的效果，開發新型、低毒、價廉且高效溶解纖維素的離子液體成為該領域的重要研究內容。在能源及環境方面，採用離子液體可以對二氧化碳進行高效、高選擇性、環境友好的捕集或固定。離子液體還可作為新型材料、潤滑劑等，它的研究與開發對國家能源及國防安全具有重要意義。
關鍵科學技術問題
離子液體在資源、能源、環境等各領域以及促進社會可持續發展和科學技術自身發展需求方面蘊藏巨大潛力，但要實現大規模產業化應用，尚須認識並解決其關鍵科學技術問題。
制約離子液體大規模產業化應用的真正原因是，離子液體是新體系，人們對其本質和應用規律的認識還不夠深入，許多研究仍然是孤立的、嘗試性的、探索性的。由於離子液體種類繁多，普適性、全面的構效關係尚未建立，缺乏系統的篩選和設計方法，研究者始終不能確信是否找到了最合適的離子液體。因此，離子液體工業化最本質的要求是建立其構效關係。
以構效關係為指導，研究人員可以設計併合成各種合適的離子液體，儘管實驗室試驗效果不錯，但在真正大規模工程放大設計時，還會遇到許多問題。其中，最關鍵的是離子液體體系的反應及傳遞規律和工程放大效應，系統的放大試驗數據和理論有待深入研究。實踐證明，離子液體的低成本功能化的設計與製備是其大規模工業應用的前提。目前，國內已建立了離子液體規模化製備技術，但功能化的離子液體的設計方法與合成技術有待進一步發展與提高。
另外，與會專家也一致認為，離子液體雖然在實驗室研究中能獲得更高的反應分離性能，但要真正實現工業化大規模應用前，還必須考慮離子液體的長期穩定性、環境安全性和經濟性等問題。
規模化應用前景光明
專家建議，學術界和離子液體產業界共同制定量化的離子液體質量標準及質量控制指標，包括各種化學性質、物化指標等。可以從石化、製藥、電池等行業著手尋求離子液體的工業應用，並在工業應用的基礎上解決關鍵科學問題，形成認知積累，攻克離子液體的微觀結構與性質關係規律，從而實現低成本功能化離子液體的設計與製備。同時，必須開展離子液體的構效關係、工程放大和系統集成的基礎理論和方法研究，為離子液體的大規模產業化應用提供科學技術支撐。
有分析認為，未來10年全球離子液體需求將大幅增長，2020年的銷售額將從當前的約3億美元強勁增長至34億美元。目前，離子液體已在聚合反應、選擇性烷基化和胺化反應、醯基化反應、酯化反應、催化加氫反應、烯烴的環氧化反應、電化學合成、支鏈脂肪酸的製備等方面顯示出應用成效和優勢，如反應速度快、轉化率和選擇性高、催化劑可循環重複利用等優點。將來，離子液體可能實現大規模應用或引領高新技術發展的方向還有溶劑萃取、物質的分離和純化、廢舊高分子化合物的回收、燃料電池和太陽能電池、工業廢氣中二氧化碳的提取、核燃料和核廢料的分離與處理等。
《科學時報》 (2010-8-4 A1 要聞)