中国科学 B 辑 化学 2006, 36 (3): 181~196 181离子液体的功能化及其应用李雪辉①赵东滨②③*费兆福②* 王乐夫①(①华南理工大学化学工程系 广东省绿色化学产品技术重点实验室, 广州 510640; ②Swiss Federal Institute of Technology,Lausanne, EPFL, CH-1015 Lausanne, Switzerland; ③北京大学化学与分子工程学院, 北京 100871)摘要 综述了近年来功能化离子液体的设计开发以及在多领域内的应用, 其中包括“双功能化“离子液体的设计和制备. 离子液体—— 以绿色介质出现的新材料, 其应用研究的潮流和趋势, 随着功能化研究的发展, 将超越绿色化学的领域, 为其在众多领域的应用开拓出更广阔的前景. 关键词 离子液体 功能化离子液体 双功能化离子液体 反应介质 不对称合成 纳米材料多孔材料 润滑剂 烟道气脱硫 油品脱硫收稿日期: 2005-07-27; 接受日期: 2005-11-27*联系人, E-mail: dongbin.zhao@epfl.ch , zhaofu.fei@epfl.ch1 引言20世纪90年代后期兴起的绿色化学, 是从源头清除污染的一项措施, 它为人类解决化学工业对环境的污染, 实现经济和社会可持续发展提供了有效的手段[1]. 目前在化学工业中大量使用的有毒、易挥发的有机溶剂由始至终都违背着绿色化学的理念. 在寻找有机溶剂的替代品时, 人们发现离子液体具有高热稳定性、可忽略的蒸气压、宽的液态温度区间、可调控的对极性及非极性物质的良好溶解性[2], 它能够替代传统有机溶剂介质进行化学反应(特别是催化反应), 从而实现反应过程的绿色化, 因此离子液体的研究得到了迅猛的发展[3~14]. 咪唑类离子液体与过渡金属催化剂形成卡宾配合物[15,16], 以及离子液体稳定纳米粒子的实验证据[17], 为解释离子液体体现出和传统溶剂不同的特性提供了理论依据. 离子液体的物理化学性质研究可为这些理论探讨提供基础数据, 目前已经成为离子液体研究领域的另一热点[18]. 现今越来越多的离子液体被商业化, 不断有新型离子液体诞生, 并在催化科学、材料科学、分离技术等领域里得到应用[19]. 按统计学推测, 根据阴阳离子的不同组合, 离子液体的种类可达到1018, 而目前有机溶剂却只有300~400种, 离子液体家族成员如此庞大的数量, 暗示着其开发应用的广阔前景.以往大部分的离子液体研究集中在以咪唑为阳离子骨架, 带有饱和烷烃的离子液体上. 然而, 由于离子液体的诸多性质, 如熔点、黏度、密度以及溶解能力都能通过改变离子液体的结构而得到调整; 因此, 理论上我们可以通过这种做法来优化特定的反应. 寇元率先提出将离子液体功能化的思路: 将功能团引入到离子液体的阳离子或阴离子上, 这些功能团赋予了离子液体专一的特性而与溶解于其中的溶182中国科学B辑化学第36卷质产生相互作用, 最终实现过程的优化[5]. 例如, 传统的酸性离子液体都是基于AlCl3 Lewis酸, 尽管有较强的酸性[20], 但存在着不稳定的弊端, 使得回收循环成为问题[21~23]. 离子液体的酸性也可以通过在阳离子上接上稳定的羧酸或磺酸类质子酸实现, 这种离子液体已经被成功地用做了酯化反应或其他反应中的酸性催化剂和反应介质[24~26]; 同时, 也出现了直接将HX和1-甲基咪唑加成为质子化离子液体的报道[27]. 又如, 由于咪唑类离子液体不适合有活泼金属(如钠或钾)或者强碱参与的反应, 有研究者也开发了基于膦阳离子的离子液体而成功地作为Grignard反应的反应介质[28].目前, 大多数的功能化离子液体的研究集中在对阳离子的功能化上, 一个重要的原因是对阳离子的功能化可以一步完成, 因此实现功能化比较简便. 然而, 在阳离子被功能化以后, 离子液体往往出现熔点以及黏度增加的现象. 而其中黏度对于大规模化学过程以及太阳能染料电池的应用是至关重要的. 人们发现, 将阴离子进行功能化以后, 某些离子液体的黏度不升高, 反而有下降的趋势. 近期研究结果显示, 当对离子液体的阴离子进行不对称含氟碳链功能化以后, 所得到的离子液体的黏度大幅度下降. 在离子液体研究领域, 阴离子是影响离子液体性质的一个决定性因素的观点已被广泛认同. 但关于阴离子功能化的工作报道却少之又少. 跟阳离子功能化的离子液体相比, 目前只有为数不多的双功能化离子液体报道出现. 对离子液体的阴离子进行功能化的一个难点是反应往往需要多重步骤和较严格的有机合成技巧, 同时, 对阴离子结构与离子液体物理性质间关系的了解缺乏, 也是阴离子功能化研究滞后的一个原因.目前已经有很多关于离子液体的综述和专著出版[29~40], 但仍缺乏专门从功能化角度探讨离子液体的论述. 本文将以功能化离子液体为主题, 全面阐述功能化离子液体的制备, 并着重讨论功能化离子液体在各领域内应用的最新进展, 比如做为环境友好和绿色反应介质、纳米粒子稳定剂、金属有机离子液体、多孔介质、表面修饰、机械润滑剂、油品和烟气脱硫. 虽然研究者开发离子液体的初衷是想得到一种清洁的绿色介质来替代有机溶剂, 但随着研究的深入, 离子液体, 特别是功能化的离子液体, 将逐渐渗入到更广阔的领域, 并有潜力得到大规模的工业应用.2 离子液体的功能化制备功能化离子液体最常见的方法是: (ⅰ) 将1-烷基咪唑和带有功能团的卤代烷进行季铵化反应而得到高产率的具有功能化的离子液体卤盐前体; (ⅱ) 将咪唑先用HNa或者HK去质子化, 再和双倍当量的功能团卤代烷反应; 或者1 mol/L 1-(三甲基硅咪唑)和2 mol/L功能团卤代烷反应, 得到1, 3-双功能化的咪唑卤盐[41,42]. 大多数阳离子功能化都可以通过这个方法实现[43~57]. 图1列出了已报道的在咪唑基团上进行功能化的离子液体. 值得注意的是这些离子液体的主干咪唑盐是相对惰性的, 而其上的功能团可以继续发生反应而形成新的功能化离子液体.含有功能化基团的卤盐前体, 可以和含目标离子液体阴离子的碱金属(钠, 锂等)盐进行离子交换反应而得到低熔点的离子液体. 卤化碱金属作为副产物从反应体系沉淀出来. 然而, 要完全把卤化碱金属盐沉淀出来是非常困难的. 残留在离子液体中的卤素阴离子将在一定程度上影响离子液体的物理和化学性质, 比如卤素阴离子可促成催化剂中毒[58,59]. 因此, 出现了一些制备无卤素离子液体的合成方法. 例如, 采用内盐转化可以制备无卤素离子液体[60].除了广泛采用的咪唑类离子液体, 离子液体家族还包括以吡啶、哒嗪、1,2,4-三唑、三氮杂苯、膦、月青等为骨架的离子液体[61~66]. Shreeve等人开发了许多具有特异性阳离子的离子液体. 同时, 以手性不对称结构[67~71]、硫[72]、季铵盐[73,74]、膦[75~77]等为阳离子的离子液体也相继出现(图2).值得注意的是, 尽管构成离子液体的阳离子化学结构多种多样, 但其前体以及本身的制备过程都必须使用非绿色的化工原料和大量有机溶剂, 也就是说, “绿色介质”——离子液体本身的制备过程是非绿色的. 最近寇元小组报道了第一例源自生物可再生材料的离子液体[78]. 研究中采用了取自自然界的α-氨基酸以及α-氨基酸酯进行质子化构成离子液体阳离子部分, 与多种阴离子组合构成两类新的离第3期李雪辉等: 离子液体的功能化及其应用 183图1 已见报道的咪唑基的阳离子功能化离子液体子液体家族. 这样的离子液体和传统的离子液体相比, 具有三大优势: (ⅰ) 具有生物可再生以及生物可降解的绿色特点; (ⅱ) 前体生物质的手性中心能够保持; (ⅲ) 在此离子液体上可继续进行功能化改性. 此类离子液体的研究开发代表了新一代“更绿色”的离子液体的发展趋势.184中国科学 B 辑 化学第36卷图2 非咪唑阳离子型功能化阳离子功能化阴离子的离子液体则鲜有报道, 且大多数都是集中在采用已经存在的具有功能团的阴离子(图3), 例如多种过渡金属氧化物阴离子[79], 氨基酸以及羰基过渡金属阴离子[80~84]. 一些具有烯功能团的离子液体阴离子被报道应用于聚合物材料的制 备[85,86]. 最近, 还出现了以三氮杂茂骨架为阴离子的离子液体的报道[87~89]. 尽管这样的离子液体具有很高的熔点和黏度, 但却有着用作能源材料的潜力.第3期李雪辉等: 离子液体的功能化及其应用 185Zhou 采用一种优化的方法制备了一系列全氟烷基取代的三氟化硼[R f BF 3]−盐. 将[R f BF 3]−盐与咪唑卤盐进行离子交换, 可得到一系列超低黏度的离子液 体[90,91]. 二氧化硒SeO 2与0.5当量的K 2CO 3在甲醇里生成[KSeO 2(OCH 3)]. 此钾盐与咪唑卤盐进行反应将得到硒盐的离子液体. 此种硒盐和HOCH 2CF 3反应所得到的新离子液体黏度可低至15 cP, 可用作芳香氨的氧化烷基化反应的溶剂[92]. 最近, 我们制备了一系列的构架于不对称阴离子的双功能化离子液体[93]. 该离子液体的制备是通过先制取含有功能团的BF 3钾盐, 继而和不同的咪唑卤盐进行阴离子交换反应. 近期, 另一种含高氟化阴离子的离子液体的报道出现, 此离子液体可部分溶解于非极性溶剂而作为α-烯烃催化反应的反应介质[94].图3 常见的功能化阴离子值得注意的是, 尽管有大量功能化离子液体的报道, 但对这些离子液体的物理性质的系统研究却较少. 目前还未出现从机理上探讨功能团被嫁接到离子液体上对离子液体物化性能影响的报道.3 功能化离子液体作为催化反应介质离子液体的设计与制备需要相当的有机合成知识, 在用作催化反应的介质时, 则更需要对离子液体特性与催化反应机理的深入理解, 相关离子液体的理论化学研究也因此广泛开展[95~99]. 针对传统非功能化离子液体分子结构与性能的关系及对催化的影响, Dyson 小组[100~110]进行了大量的工作. 近年来, 不断涌现出新的功能化离子液体, 其独特的性能被应用于专门的催化反应.3.1 离子液体-配合物催化剂相互作用: 实现催化剂在离子液体中的固定化设计具有功能团的离子液体, 使之在催化反应中扮演反应介质和催化剂固化剂的双重角色, 对催化体系的设计具有非常现实的意义: 即大大降低催化剂从离子液体的流失, 这对使用昂贵过渡金属催化剂以及昂贵配体的反应, 其意义就更为明显. 传统的非功能化离子液体的配位性是非常弱的. Shreeve 研究小组设计了一种具有配位能力的离子液体并且用于Suzuki 反应中, 结果证实在催化体系可重复使用10次以上而未见明显的催化剂失活[111]. 此时催化剂成了离子液体的组成部分, 因此在反应结束分离产物时可大大降低催化剂的损失.一个更有效的体系是采用在吡啶CN 功能化的离子液体(图4)[112]. 在钯催化的碳-碳偶合反应中(Suzuki 反应, Stille 反应) , 跟传统非功能化离子液体相比, 功能化的离子液体表现出更高的活性并且催化体系能重复使用9次以上(图5). 采用等离子体光谱对反应产物中钯催化剂进行催化剂流失测定, 结果证实从非功能化离子液体分离的产物中钯催化剂浓度超过100 mg/L, 而功能化离子液体中低于10 mg/L. 另外, 一种环已二烯功能化的离子液体也成功地固定了钌催化剂用于相转移氢化反应[113].图4 采用CN 功能化离子液体实现催化剂固定化186中国科学B辑化学第36卷图5 CN功能化的离子液体与非功能化离子液体Stille反应循环实验结果CN功能化的离子液体在甘油化反应中也表现出对反应中间体的稳定作用(图6)[114]. 研究者推测被嫁接到咪唑阳离子上的CN基团和反应中的阳正离子发生配位作用, 从而提高了反应的立体选择性.图6 CN功能化离子液体中的甘油化反应3.2 手性离子液体与不对称合成在传统离子液体中进行不对称合成的研究工作已经开展很久[115~117], 且目前类似的工作仍在继续进行[118], 在这些研究中, 手性的催化剂或手性配体是必不可少的. 手性离子液体诞生的目的是显而易见的, 即在手性离子液体中实现不对称合成, 并期望在不使用昂贵的手性配体条件下得到高不对称选择性. 目前制备手性离子液体的方法是多种多样的, 但基本都是以手性化合物为前体, 例如含手性阴离子的碱金属盐, 或通过咪唑前体烷基化反应等实现[119,120].利用手性离子液体进行不对称催化的研究目前发展非常迅速. 例如不对称Baylis-Hillman反应在手性离子液体参与下, 对映体选择性得到明显提高(图7)[121].图7 以手性离子液体为介质的不对称Baylis-Hillman合成在较新的一篇报道中, 研究者制备了6种手性离子液体并直接用作dibenzobicyclo[2,2,2]octatrienes的光诱导异构化[122]. 实验结果显示最终产物的对映体选择性可达到12%. 反应底物和手性离子液体间的相互作用被推测为手性离子液体诱导而产生不对称产物(图8).值得注意的是, 以手性分子溶剂来诱导不对称合成的思路早在70年代就已经提出, 但已被大量的研究结果证明无法实现高的对映体选择性[123~126]. 手性离子液体作为新一代的反应介质, 其手性离子与反应物间可产生相互作用, 这是与传统手性分子溶剂不同的地方, 因此有可能诱导出一定的对映体过量产物. 但是, 应该看到, 目前通过这种办法获得的对映体选择性仍是非常低的, 远远无法满足应用的要求. 所以如何利用手性离子液体参与不对称合成而得到专一的对映体产物, 这依然是研究者需要努力解决的问题.4 从离子液体到多孔材料具有沸石类结构的多孔材料一般采用在密闭的反应釜内高温高压进行水溶液反应制取(水热合成)[127]. 反应体系需要有机模板例如铵盐, 膦盐或分子溶剂来引导合成按指定路线进行. 由于离子液体的低蒸气压, 在其中进行的合成反应可在常压中进行, 同时, 离子液体拥有可循环性.首例以离子液体为模板剂, 在水中合成多孔材料的报道见于2001年[128]. 研究中只是少量地使用了离子液体(咪唑类), 而液相绝大部分是由水构成. 紧第3期李雪辉等: 离子液体的功能化及其应用 187图8 手性离子液体为介质的光异构化反应接着第二年, 出现了以离子液体作为溶剂和模板剂合成多孔材料的报道[129]. Cu(NO 3)2·3(H 2O)与bpp [1,3- bis(4-pyridyl)propane]在[bmim]BF 4中140℃反应3天得到分子式为[Cu(I)(bpp)]BF 4的配位聚合物. 离子液体中的阴离子成为了反应模板, 决定了产物的多孔结构(图9). 为了和水热合成法相区别, 这种利用离子液体作为溶剂和模板剂的方法被定名为“溶热法”.图9 离子液体“溶热法”制备多孔材料另外, [emim]Br 被用作溶剂和模板剂构成制备一系列的沸石类多孔材料[130]. 一种氯化胆碱和尿素的共熔物也被用作溶剂从Al(OiPr)3和H 3PO 4制备多孔材料. 反应中生成Al-O-P 的网络结构, 由尿素部分降解得到的NH 4+离子成为模板剂引导产物的结构, 并且平衡电荷. 这种由离子作为模板剂且又起到平衡电荷作用的制备过程被定名“离子热法”.在较新的一篇报道中, 氯化维生素B 复合体(choline)与尿素共熔盐被用作制备含锌配合聚合 物[131]. Zn(NO 3)2·6(H 2O)与H 2O 3PCH 2CO 2H 在氯化维生素B 复合体(choline)与尿素共熔盐中反应生成Zn(O 3PCH 2CO 2)NH 4. 反应不能在室温发生而需要将体系加热到80℃. 此现象说明较高温度下生成的NH 4+对反应是至关重要的, 并且NH 4+也进入最终产物起到电荷平衡的作用.虽然上述例子所报道的应用离子液体制备多孔材料不再需要高压, 但反应仍然需要较高的温度和较长的反应时间. 最新的研究发现, 采用基于咪唑骨架的酸性离子液体能和金属单质, 比如锌[132]、钴、锶[133]或者其他主族/过渡金属碳酸盐反应, 在室温下可迅速生成内盐化合物(图10). 例如, 酸性离子液体和金属碳酸盐可在水溶液体系中反应并瞬间完成. 如采用锌单质和酸性离子液体反应, 反应体系中的水成为引导产物结构的分子, 并且在最终产物中以单分子水链存在于内盐构成的管道中. 如采用第二族金属碳酸盐反应, 则发现酸性离子液体的阴离子和内盐阴离子之间的相互竞争会决定产物的最终结构.综上所述, 应用离子液体或共熔盐开辟了一条制备多孔材料的新路线, 并且通过对离子液体阴阳离子的筛选, 将有可能有目的地制备满足应用需求的材料, 例如, 可将小分子嵌入多孔材料中, 有望在离子交换等领域得到应用.5 功能化离子液体与表面修饰利用离子液体可调的亲水/疏水性以及与固体表面(硅胶, 分子筛等)的作用, 离子液体可作为固体表面修饰剂[134]. 由于离子液体完全由阴阳离子构成,188中国科学 B 辑 化学第36卷图10 含单分子水链的锌配合聚合物其亲水/疏水性可通过阴离子交换来实现, 因此可以非常简便地实现固体表面的润湿性调解, 这对传统有机溶剂而言几乎是不可能的.把金底物(通过热挥发法将100 nm 的金镀到含20 nm 钛的硅(100)上, 并裁成1 cm 2大小制得)放置于含有硫醇功能化的Br 阴离子的离子液体的1 mmol/L 的乙醇溶液中, 离子液体将在金表面形成有序的自组装单分子层[135]. 椭形测定显示一层厚度为19 Å的薄层支撑着此单分子层, 水的接触角为23°. 如果此表面被侵润到含有NaBF 4和NaPF 6, 离子交换即可发生. 金底物表面性质也因此而随着硫醇功能化的离子液体阴离子的改变而变化. 采用同样的办法, 离子液体的Br 阴离子可被NO 3−, ClO 4−, CF 3SO 3−或(CF 3SO 2)2N −置换. 所获得的体系的水接触角按下列顺序递增: Br − > BF 4− > NO 3− > ClO 4−> CF 3SO 3−> PF 6−> (CF 3SO 2)2N −(图11).图11 金表面的离子液体阴离子交换结果显示, 硫醇功能化的离子液体能选择性地对金表面进行修饰. 固体表面性质如润湿性的调解在理论以及应用上都具有很重要的意义. 功能化离子液体赋予给固体表面的可调控润湿性在微流体和微器件等阴离子传感以及生物制药领域具有应用潜力.离子液体的阳离子同样能够影响固体表面性质. 在1-烷基-3-(3-硅丙基)咪唑盐和Si/SiO 2表面体系中, 当烷基为甲基时, 阴离子是影响表面润湿性的决定性因素[136]. 但当烷基为丁基时, 随着阴离子的变化, 表面的润湿性不再发生明显的改变.6 离子液体与机械润滑能在极端环境中使用的机械润滑油目前受到特别的关注. 离子液体, 例如烷基咪唑四氟化硼因为其极低的蒸气压使之成为颇具潜力的多用途润滑油用于钢/金属, 钢/SiO 2, Si 3N 4/SiO 2, 钢/磁等体系. 离子液体显现出优良的降摩擦、抗疲劳以及高担载效 应[137,138]. 相同的条件下, 1-甲基-3-己基咪唑四氟化硼和商业润滑油例如含氟膦和全氟聚醚相比, 具有更低的摩擦系数. 离子液体之所以现实出优越的摩擦行为, 其原因在于分子结构的偶极特性使之能更充分地在摩擦表面吸附.为提高离子液体的润滑性能, 膦酸酯基团O ,O -diethylphosphate 被引入了咪唑阳离子骨架[139](图12). 所得到的功能化离子液体具有比普通的离子液体更好的降摩擦性能. 此特性在高担载量, 高温环境下更显示出优势. 同时, 此离子液体对于铝/钢表面也具有更高的抗疲劳性, 且其抗疲劳性和功能化碳链的长度有关.图12 膦酸酯功能化离子液体关于功能化离子液体优良润滑性能的可能解释是: 离子液体上的膦基团在环境条件下发生部分水解并与铝或铁的新鲜表面反应生成一种溶解在离子液体中的稳定物质. 这个假设的证据之一是在工作第3期李雪辉等: 离子液体的功能化及其应用189完毕之后功能化的离子液体仍保持初始状态而传统离子液体则明显分解.7 离子液体与纳米粒子离子液体与纳米技术这两个热门研究领域的联姻, 为现代化学提供了一块令人瞩目的研究空间. 在2001年, Srinivasan从以1,3-二正丁基咪唑为骨架的离子液体分离出Heck反应中产生的钯纳米粒子(Pd(OAc)2或PdCl2为催化剂前体, 并用透射电子显微镜(TEM)进行了表征[140]. 2002年, Dupont也从加氢催化离子液体[BMI][PF6]中分离并表征了铱纳米粒子(以[IrCl(cod)]2, cod = 1,5-环辛二烯催化剂前体)[141]. 由体系中分离出的纳米粒子可以再次分散到[bmim] [PF6]离子液体中, 并且能循环催化反应7次以上. 铂纳米粒子也能成功从氢化反应中分离, 并且用于催化氢化反应, 体现了良好的催化剂可循环性[142]. 以离子液体和其他纳米材料配合, 也被应用在电化学领域[143,144].钯纳米离子可被四甲基胍盐乳酸离子液体固定在分子筛孔隙中, 这种含有钯纳米离子的分子筛可催化无溶剂烯烃催化氢化[145].CN基团功能化的吡啶类离子液体可直接作为Stille反应介质, 金属钯纳米粒子也可从Stille反应体系中分离出来[107]通过TEM的表征发现, CN基团和金属钯纳米粒子可发生微弱配位而起到稳定纳米粒子, 防止其在传统非配位离子液体中团聚的作用(图13).图13 CN功能化与非功能化离子液体中金属钯纳米粒子的TEM结果(a) 普通离子液体; (b) CN功能化离子液体含有金属纳米晶格以及有机外层的纳米粒子因其在诸多领域, 如化学传感器等的应用前景而受到广泛关注[146], 烷基硫醇化学物是最常用的金纳米粒子稳定剂[147~149]. 然而, 以水为反应介质的金纳米粒子合成方法一直面临着离子间相互作用、过低反应浓度、反应末期过量稳定剂去除困难等问题. 为解决这些问题, 将离子液体硫醇功能化, 通过其离子特性改善稳定基团和金属(金或铂)的相互作用, 成为优化纳米粒子制备的新思路. 同时, 离子液体的亲水疏水性也可以由改变阴离子种类而方便地调解, 这就近一步拓展了纳米粒子制备的可控条件.对纳米粒子尺寸以及尺寸分布的精确控制, 以及对其化学行为的理解在纳米技术研究中日显重要. 一篇近期的报道制备了含有1到3组硫醇功能团的离子液体, 并且详细地对其作为纳米粒子稳定剂进行了研究(图14)[150]. 与此同时, 硫醇功能团也被嫁接到阴离子上, 而构成双功能化离子液体并且用于纳米粒子的制备.由上述离子液体可以制备能溶解于水的金和铂纳米粒子. 纳米尺寸和稳定性受到离子液体骨架上硫醇功能团的数量和位置的控制, 因此, 离子液体和金属之间的物理和化学作用成为制约纳米粒子性质的关键. 同时, 纳米粒子的尺寸可以通过改变离子液体的阴阳离子来调解, 例如, 随着阳离子上硫醇功能团的数量增加, 纳米粒子的半径减小; 如果使用含有硫醇的磺酸阴离子, 纳米粒子的尺寸将进一步降低, 而其稳定性也得到提高. 因此, 通过调整离子液体上的硫醇基团, 我们获得了一种调节纳米粒子性质的手段.聚合物如PVP(聚乙烯芘诺烷酮)也是常用的纳米粒子稳定剂. 寇元小组报道了在[bmim][PF6]中制备由PVP稳定的铂, 钯以及铑纳米粒子的方法[151].PVP这种非极性聚合物因其在高极性离子液体中的低溶解度使之作为离子液体中的纳米稳定剂受到限制. 最近, 寇元小组设计了一种离子化改性的PVP聚合物[152], 成功地用于铑纳米离子的稳定, 并在催化氢化中体现出高且长效的催化活性(图15).由这种改性PVP稳定的铑纳米粒子可用于芳香烃的催化氢化, 在离子液体[bmim][BF4]体系中, 纳米粒子体现了高催化活性和前所未有的催化寿命(TTO达20, 000), 而离子液体和改姓PVP之间的协同作用被推测是优异催化性能的原因.。