经过多年的发展,离子液体不再被仅仅看作是"绿色溶剂"。研究人员开始针对特定的应用,有目的性地设计离子液体的阴、阳离子结构。一系列新型离子液体被设计合成出来,包括手性离子液体、磁性离子液体、氨基酸离子液体、金属配位离子液体以及具有氧化还原活性的离子液体等,极大地拓展了离子液体的应用范围。同时,为了改善传统离子液体的缺陷,多种新型的离子液体衍生结构也引起了研究人员的广泛关注,比如两性离子液体、聚离子液体等。关于离子液体有序分子聚集体的研究经过近十年的快速发展,研究方向也不再仅仅局限于发现新的聚集体形貌,而是更加关注如何将离子液体独特的物理化学性质与有序分子聚集体的结构、尺寸效应相结合。一方面,基于离子液体的可设计性,将具有不同功能基团的离子液体引入到分子有序聚集体中,是实现有序分子聚集体功能化的有效途径。另一方面,得益于有序聚集体的结构效应和尺寸效应,也进一步拓展了离子液体的应用。本论文以离子液体的可设计性为基础,设计合成了多种具有特定功能的两性离子液体以及聚离子液体,系统研究了离子液体结构变化对其聚集体结构和功能的影响。开展了以下四部分的工作:1.锂离子传导离子液体液晶的构筑。采用两性离子液体结构,通过咪唑两性离子(3-(1-Dodecyl-3-imidazolio)propanesulfonate,C12IPS)与锂盐(LiTFSI)"中和"的方法,合成了含有锂离子的室温离子液体[C12IPS][LiTFSI]。C12IPS与LiTFSI室温时均为固体粉末,等摩尔混合后,根据软硬酸碱理论软亲软、硬亲硬的原则,两性离子中的咪唑阳离子会优先与TFSI-阴离子相互作用,从而使体系的晶格能显著降低,形成室温离子液体。由于两性离子整体呈电中性,其在电场中并不迁移,因而可以实现锂离子的选择性传输。由于C12IPS具有典型的双亲分子结构,随着[C12IPS][LiTFSI]/H20体系中离子液体浓度的不断增大,观察到了由蠕虫状胶束到六角液晶相、Ia3d双连续立方液晶相以及层状液晶相的转变。采用POM、SAXS、流变等表征方法系统研究温度和浓度对这种离子液体液晶相行为的影响,并以此为基础探究了液晶微观结构对其电导率和传导机理的影响。结果表明,液晶有序微观结构的引入显著提高了锂离子的传输效率,所有液晶样品的电导率都呈现出明显的结构依赖性。其中,Ia3d双连续立方液晶由于具有三维连续离子通道,与其他液晶相态相比电导率更高,离子传导过程的表观活化能更低。2.质子传导液晶体系的构筑。在上一部分工作的基础上,进一步探索了两性离子液体结构变化对其聚集体形貌和功能的调控作用,构筑了质子传导液晶体系。合成了一系列不同烷基链长的咪唑两性离子(CnIPS,n=12,14,16),并通过与不同取代基结构的磺酸(CH3SO3H,C6H5SO3H,CF3SO3H)"中和"的方法合成了一系列含有质子的离子液体,探究了抗衡离子结构变化和烷基链长对离子液体的物理化学性质以及聚集行为的影响。其中[C12IpS][CH3SO3H]呈现出最丰富的相行为。这种双亲性离子液体可以在水溶液中自组装形成六角相和Pm3n立方相结构的质子传导液晶。采用POM和SAXS系统研究了这种离子液体参与构筑的液晶体系的相行为并计算了相关机构参数,并以此为基础探究了液晶微观结构对其电导率和传导机理的影响。液晶有序微观结构的引入显著提高了其电导率,并促成了质子传导由扩散机理向跳跃机理的转变,同时也观察到了基于液晶相变过程的温度响应性质子传导行为。3.聚离子液体微观有序阴离子传导膜的构筑。设计合成了一系列不同烷基链长的可聚合咪唑离子液体(3-n-alkyl-1-vinylimidazoliumbromide,CnVIMBr)。借助于这种离子液体的双亲性,构筑了可聚合的六角液晶相和层状液晶相,通过液晶原位光聚合的方法制备了自支持的聚离子液体膜。聚离子液体膜中液晶微观结构的保留通过SAXS、POM和SEM表征得到了确认。虽然在C12VIMBr/H20的二元体系中只观察到了六角和层状液晶相,我们在尝试过多种不同种类的添加剂之后,发现适量对二甲苯的加入可以在C12VIMBr/H20体系中诱导产生可聚合的Im3m双连续立方液晶相,从而首次成功制备了具有双连续立方液晶相结构的阴离子传导膜。对保留有六角、层状和立方液晶微观结构的阴离子传导膜的电导率、溶胀率和碱稳定性等测试表明,液晶结构的引入有效改善了其综合性能,与没有液晶结构的对照组相比,具有液晶相结构的阴离子传导膜在实现高电导率的同时保持了极低的溶胀率。特别是具有Im3m双连续立方液晶微观结构的阴离子传导膜,借助于三维连续的氢键网络促成了其氢氧根离子传导由扩散机理向跳跃机理的转变。4.两性离子软模板制备贵金属纳米材料。受两性离子液体结构特点的启发,通过两性离子与贵金属前驱体离子之间的静电相互作用,构筑了抗衡离子为贵金属前驱体离子的有序分子聚集体。通过分步还原法控制反应速率,实现了以有序分子聚集体为模板的软模板法制备贵金属纳米材料。在第一节中,合成了一种分子尾链末端带有羟基的咪唑两性离子,借助于羟基之间的氢键作用,在不加任何添加剂的情况下,这种两性离子与等摩尔的HAuC14在水中可以自组装形成多室囊泡。由于羟基具有一定的还原性,在体系中观察到了以囊泡双分子层为模板的金纳米片的自还原过程,并进一步通过两步还原法实现了囊泡到球状金纳米颗粒的形态复制。在第二节中,通过调节两性离子中的阳离子结构,成功得到了抗衡离子为AuCl4-,PtCl62-PdCl42-的蠕虫状胶束体系。并以蠕虫胶束为模板得到了形貌规整的金、铂、钯及其合金的纳米线网络结构。证明了双亲分子有序聚集体作为软模板结构易于调控和普适性的特点。