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(jī)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(gè)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(jí)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?jī)?nèi)容均為原創(chuàng)性工作，主要研究?jī)?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(jìn)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(shí)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(duì)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(cè)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(jí)電容器。采用掃描電鏡和X射線衍射對(duì)石墨烯的結(jié)構(gòu)進(jìn)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(duì)所組裝超級(jí)電容器的性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明該超級(jí)電容器融合了石墨烯和離子液體的各自優(yōu)勢(shì)，大幅度提高了超級(jí)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(jiǎn)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(shí)驗(yàn)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(shí)對(duì)其沉積過程進(jìn)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(duì)峰電流的影響規(guī)律與均相溶液一致，而掃描速度對(duì)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(jì)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(duì)W/IL微乳液中電沉積制備的金進(jìn)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(duì)[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