In this work, we systematically investigated the formation of cationic clusters in OH-functionalised ionic liquids (ILs) using a plethora of experimental and theoretical methods. The synthesis and characterization of well-suited sets of ILs was followed by a comprehensive study of cationic clusters in the gas phase, the condensed phase and at the solid/liquid interface. Infrared spectroscopy, neutron diffraction and quantum chemical methods showed that cooperative hydrogen bonding in cationic clusters is counterintuitively stronger than between cation and anion in conventional ion pairs. We showed that cationic clusters formation is controllable by the polarizability of the cation, the interaction strength of the anion and the hydroxyalkyl chain length. The cationic clusters up to cyclic tetramers in the condensed phase influence the thermodynamics and macroscopic properties of these ILs.
In dieser Arbeit untersuchten wir systematisch die Bildung von kationischen Clustern in OH-funktionalisierten ionischen Flüssigkeiten (ILs) mit einer Vielzahl von experimentellen und theoretischen Methoden. Der Synthese und Charakterisierung ausgesuchter Sätze von ILs folgte eine umfassende Untersuchung der kationischen Cluster in der Gasphase, der kondensierten Phase und an der Fest / Flüssig-Grenzfläche. Mit Infrarotspektroskopie, Neutronenbeugung und quantenchemischen Methoden konnten wir zeigen, dass die kooperativen Wasserstoffbrücken in kationischen Clustern stärker sind als die zwischen Kation und Anion in konventionellen Ionenpaaren. Dabei stellte sich heraus, dass die Bildung von kationischen Clustern durch die Polarisierbarkeit des Kations, die Wechselwirkungsstärke des Anions und die Länge der Hydroxyalkylketten gesteuert werden kann. Die kationischen Cluster bis hin zu zyklischen Tetrameren in der kondensierten Phase beeinflussen die Thermodynamik und die makroskopischen Eigenschaften dieser ILs.