《类离子液体的红外光谱：结构特征与动力学行为》系统阐述了类离子液体的结构特征与动力学行为研究，聚焦红外光谱技术的理论基础、实验方法及前沿应用。全书共八章，内容涵盖类离子液体的发展历程及应用、傅里叶变换红外光谱、二维红外光谱、氯化胆碱基类离子液体的溶剂结构和动力学、酰胺基类离子液体的溶剂结构和动力学、非离子型类离子液体的溶剂结构和动力学、非离子型类离子液体的非均一性结构及其应用、展望。
本书可供绿色溶剂相关科研人员参考，也可供高等学校分析技术、化学与应化等专业研究生学习。

第1章类离子液体的发展历程及应用1
1.1绿色化学与溶剂革命的必然性1
1.1.1环境与能源危机1
1.1.2替代溶剂的兴起5
1.2类离子液体的发展历程8
1.3类离子液体的类型9
1.4类离子液体的应用领域10
1.5溶剂结构与动力学研究11
1.5.1溶剂结构与组分间相互作用11
1.5.2类离子液体的溶剂化结构与动力学12
1.5.3非离子型类离子液体的溶剂结构12
参考文献13

第2章傅里叶变换红外光谱19
2.1数据采集和傅里叶变换19
2.1.1原始数据采集19
2.1.2FT-IR 的核心优势21
2.1.3傅里叶变换21
2.1.4最终透射光谱的生成23
2.1.5FT-IR 光谱分辨率24
2.1.6零填充25
2.2光谱计算26
2.2.1混叠26
2.2.2有限记录长度的效应——频谱泄漏30
2.2.3相位校正34
2.2.4非零相位的成因35
2.2.5全数据相位校正的步骤36
2.2.6平滑与切趾法的相互关系38
2.3红外探针43
参考文献44

第3章二维红外光谱45
3.1理论分子响应46
3.1.1线性响应48
3.1.2三阶响应49
3.1.3相位匹配50
3.1.4图解微扰理论：费曼图方法51
3.2振动谱线53
3.3二维红外光谱中的动力学：光谱扩散55
3.3.1长相关时间56
3.3.2短相关时间56
3.3.3外差检测57
3.4实验装置57
3.4.1飞秒红外脉冲生成57
3.4.2二维红外实验装置59
3.4.3获取频域二维红外数据60
3.5数据处理61
3.5.1光谱扩散61
3.5.2化学交换过程63
参考文献64

第4章氯化胆碱基类离子液体的溶剂结构和动力学66
4.1背景介绍66
4.2实验方法67
4.2.1样品制备67
4.2.2线性红外光谱67
4.2.3二维红外光谱68
4.2.4核磁共振68
4.3理论方法69
4.3.1分子动力学模拟69
4.3.2从头计算69
4.4实验结果69
4.4.1线性红外光谱分析69
4.4.2二维红外光谱分析70
4.5分析讨论71
4.5.1类离子液体结构特性76
4.5.2动力学-黏度关联机制77
4.5.3分子动力学模拟验证与理论拓展79
4.5.4红外光谱线宽机制解析79
4.5.5孔洞理论与结构有序性的关联80
4.6总结80
参考文献80

第5章酰胺基类离子液体的溶剂结构和动力学84
5.1背景介绍84
5.2实验与理论方法85
5.2.1实验方法85
5.2.2分子动力学模拟86
5.3实验结果87
5.3.1线性红外光谱87
5.3.2非线性红外光谱88
5.4分析讨论91
5.5总结96
参考文献97

第6章非离子型类离子液体的溶剂结构和动力学101
6.1背景介绍101
6.2实验方法102
6.2.1样品制备102
6.2.2线性红外光谱103
6.2.3二维红外光谱103
6.3实验结果104
6.3.1线性红外光谱104
6.3.2二维红外光谱105
6.4分析讨论107
6.4.1羧酸探针108
6.4.2氰基分子探针113
6.4.3X射线散射检测116
6.5总结117
参考文献117

第7章非离子型类离子液体的非均一性结构及其应用121
7.1背景介绍121
7.2实验方法122
7.3实验结果与讨论123
7.4总结130
参考文献130

第8章展望133
8.1当前研究的挑战与未解问题133
8.1.1实验与理论间的鸿沟：微观结构与宏观性质关联的定量化难题133
8.1.2复杂体系中多尺度动力学的耦合机制135
8.1.3功能化设计中的“构效关系”缺乏普适性规律136
8.2新兴研究方向与技术突破137
8.2.1先进表征技术的革新137
8.2.2设计策略的突破139
8.3从实验室到工业化：机遇与障碍140
8.4结语141
参考文献142

绿色化学的兴起对溶剂体系提出了革命性要求，传统挥发性有机溶剂的环境与健康风险促使科学家寻找可持续替代方案。基于低共熔溶剂（deep eutectic solvents，DESs）的类离子液体作为新一代“可设计溶剂”，凭借其近乎零蒸气压、低毒性、生物降解性及结构可调性，成为绿色化学领域的关键突破点。然而，其多组分特性导致的复杂溶剂结构与动力学行为仍是制约其工业化应用的核心科学难题。红外光谱技术，尤其是傅里叶变换红外光谱（FT-IR）与二维红外光谱（2DIR），凭借分子键级别的分辨能力与飞秒级时间灵敏度，为解析此类复杂体系的微观机制提供了不可替代的研究工具。
本书系统阐述类离子液体的溶剂结构与动力学研究，聚焦红外光谱技术的理论基础、实验方法及前沿应用。
全书共8章，内容涵盖以下三大核心领域。
（1）类离子液体的基础科学（第1章）
系统追溯类离子液体从熔融盐研究到现代绿色溶剂的演进历程，阐明其在解决环境与能源危机中的必然性。通过剖析挥发性有机溶剂（VOCs）的污染风险、毒性危害及资源不可再生性，深入论证溶剂革命的迫切需求，并指出类离子液体凭借低蒸气压、生物基原料和可设计性成为关键突破口。进一步构建类离子液体的四类分类体系（有机盐+金属盐/金属盐水合物/氢键供体、金属盐+氢键供体），完整综述其在电化学沉积、药物增溶、生物柴油纯化及溢油回收等领域的应用，突出氢键供受体调控与溶剂功能的内在关联。
（2）红外光谱技术的方法学突破（第2、3章）
深入解析傅里叶变换红外光谱（FT-IR）的核心机理：从迈克尔逊干涉仪的数据采集、离散傅里叶变换算法，到分辨率优化中的零填充与混叠抑制策略，系统性攻克频谱泄漏与非零相位校正等技术瓶颈。创新性引入二维红外光谱（2DIR）理论框架，通过分子响应函数、相位匹配条件及费曼图方法实现对溶剂动力学的飞秒级追踪；结合外差探测与化学交换模型，突破传统光谱局限，首次在分子键尺度观测氢键断裂/形成等实时动态过程，为溶剂微观机制研究提供不可替代的工具。
（3）溶剂结构与动力学的多尺度研究（第4~7章）
以氯化胆碱基（DES-EG/G/U）、酰胺基（乙酰胺-尿素）及非离子型（薄荷醇-羧酸、NMA-月桂酸）类离子液体为模型体系，集成FT-IR线形分析、2DIR光谱扩散追踪、分子动力学模拟与从头计算，多尺度揭示溶剂微环境特性。实验证实氢键网络的空间异质性主导振动探针（SCN-、N-3）的溶剂化行为，其氰基伸缩振动频移、线宽与非对称性直接反映局部氢键作用强度；首次建立光谱扩散时标与黏度的定量关联，并通过孔洞理论解析类离子液体长程有序性的结构起源，为绿色溶剂设计提供理论基石。
本书旨在为化学、材料科学与环境工程领域的研究者提供理论指导与方法论工具，推动类离子液体在能源储存、碳捕集、生物质转化等战略领域的规模化应用。
借此机会，我衷心感谢美国路易斯安那州立大学的Daniel Kuroda教授。在他的引领与启迪下，我走上了科研之路，他言传身教，以严谨的治学态度和纯粹的学术精神，为我树立了科研工作者的典范。感谢博士期间课题组以及物理化学领域的各位老师与同学所给予的支持与帮助。同时，感谢哈尔滨工业大学的李宁教授、黎德育老师与吴波高级工程师在科研道路上提供的宝贵指导。感谢卢礼华教授及其团队在本书撰写过程中给予的大力支持。
限于作者水平，书中可能存在疏漏之处，恳请读者指正。
谨以此书献给所有致力于绿色溶剂创新的同行，愿我们共同守护地球的可持续发展未来。

崔耀文
2025年7月