基于離子液體體系的電化學(xué)行為研究.pdf

1、室溫離子液體因其寬的電化學(xué)窗口和良好的導(dǎo)電性使得其在電化學(xué)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。由于離子液體的組成、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)與傳統(tǒng)的水和有機溶劑有著明顯的差異，因此由離子液體構(gòu)建的電化學(xué)系統(tǒng)成為了電化學(xué)研究的一個重要分支。本論文以離子液體為電解質(zhì)溶液體系開展了系列研究工作，探討了離子液體溶液中的電沉積，電聚合，以及以離子液體作為電解液的超級電容器性能和以離子液體微乳液為電解質(zhì)溶液體系的電化學(xué)反應(yīng)特性。本論文研究內(nèi)容均為原創(chuàng)性工作，主要研究內(nèi)容如下：

2、
　　 (1)采用電化學(xué)方法在離子液體中一步共還原氧化石墨烯和氯金酸，成功地制備了石墨烯/金納米復(fù)合膜，探討了所制備石墨烯/金納米復(fù)合膜的電化學(xué)性能。I-t曲線表明氧化石墨烯與金離子電化學(xué)共還原具有相互促進作用；X射線衍射、掃描電鏡和透射電鏡結(jié)果表明直徑約為10 nm的金顆粒均勻分布在電化學(xué)還原的石墨烯表面。同時研究了所制備石墨烯/金納米復(fù)合膜的電催化性能，結(jié)果表明石墨烯/金納米復(fù)合膜對多巴胺有優(yōu)異的電化學(xué)催化活性。
　　

3、 (2)采用電化學(xué)方法在離子液體中制備了多壁碳納米管(MWCNT)和聚噻吩(PTh)的復(fù)合膜；研究了所制備PTh/MWCNT復(fù)合膜的電容性能。掃描電鏡結(jié)果表明聚噻吩膜緊裹著MWCNT成納米纖維狀；電化學(xué)測試表明，與純聚噻吩和碳納米管材料相比，PTh/MWCNT復(fù)合膜有更優(yōu)異的電容特性，其電容值為110F/g；經(jīng)1000次連續(xù)的充放電之后電容值仍能保持初始值的90％，表明其有較好的穩(wěn)定性能。
　　 (3)采用石墨烯為電極材料和離

4、子液體為電解液組裝了一種新型的超級電容器。采用掃描電鏡和X射線衍射對石墨烯的結(jié)構(gòu)進行了表征；采用交流阻抗、循環(huán)伏安、恒電流充放電等方法對所組裝超級電容器的性能進行了研究。結(jié)果表明該超級電容器融合了石墨烯和離子液體的各自優(yōu)勢，大幅度提高了超級電容器的性能，其比電容值為132 F/g，能量密度為143.7 Wh/Kg，功率密度為30 kw/Kg。
　　 (4)采用ZrCl4除去了離子液體中存在的痕量水，并采用循環(huán)伏安研究了Zr(Ⅳ)

5、在離子液體[C4mpyrr][NTf2]中的電化學(xué)行為。結(jié)果表明ZrCl4是一種簡易而有效的離子液體除水劑，其除水能力可確保在離子液體溶液中定量地研究ZrCl4的電化學(xué)行為；電位階躍實驗證明ZrCl4在離子液體中的還原是Zr(Ⅳ)/Zr(Ⅲ)單電子電極反應(yīng)，其氧化過程中形成了一單層三氯化鋯吸附在電極表面。
　　 (5)離子液體和水都是綠色溶劑，并都具有好的導(dǎo)電性。采用親油的1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸離子液體與水及表面活性劑，

6、制備了離子液體包水(W/IL)和水包離子液體(IL/W)微乳液，研究了Ag+在這兩類離子液體微乳液中的電化學(xué)行為。循環(huán)伏安結(jié)果表明Ag+/Ag在IL/W微乳液中的CV曲線出現(xiàn)了交叉，與W/IL微乳液中獲得的CV曲線明顯不同；W/IL微乳液中電沉積得到的銀是納米顆粒狀，而在IL/W微乳液中得到的銀是平板狀。電化學(xué)行為和沉積物形貌的不同可能是由于兩種微乳液結(jié)構(gòu)不同所導(dǎo)致。
　　 (6)采用電化學(xué)方法在W/IL微乳液電極系統(tǒng)中沉積了金

7、納米顆粒膜，同時對其沉積過程進行了探討。循環(huán)伏安研究結(jié)果表明：金離子的表觀濃度對峰電流的影響規(guī)律與均相溶液一致，而掃描速度對峰電流的影響卻不同于均相溶液。旋轉(zhuǎn)圓盤電極線性掃描伏安表明攪拌能加速W/IL微乳液中納米水池與電極表面的碰撞，從而加快金的沉積。采用類阿倫尼烏斯方程計算得到其反應(yīng)活化能為26.7 KJ/mol。采用掃描電鏡和X射線衍射對W/IL微乳液中電沉積制備的金進行了表征，所制備金納米顆粒直徑約為25 nm，面心立方結(jié)構(gòu)；丙三

8、醇電化學(xué)氧化結(jié)果表明，W/IL微乳液中制備的金納米顆粒比塊狀金具有更好的催化活性。
　　 (7)制備了由離子液體、表面活性劑TX-100和甲苯組成的非水離子液體微乳液。該離子液體微乳液具有較高的電導(dǎo)率和較寬的電化學(xué)窗口，適合作為電解質(zhì)用于電化學(xué)研究。以鐵氰化鉀為電化學(xué)探針，在該非水離子液體微乳液中研究了其電化學(xué)行為，結(jié)果表明：電極反應(yīng)對[Fe(CN)6]3-/[Fe(CN)6]4-在該非水離子液體微乳液中的可逆性優(yōu)于純離子液體中