水合肼在离子液体中的电化学行为及其气体传感器研究

论文摘要

室温离子液体是指在室温或室温附近温度下呈液态由离子所构成的物质，它是继水和超临界二氧化碳后又一种绿色环保溶剂体系。与传统的有机溶剂和电解质相比，离子液体具有独特的物理化学性质。近年来，作为一种新颖的介质，室温离子液体在电化学领域的应用也越来越受到人们的重视。水合肼作为一种重要的原料，在各行各业中都有着普遍地应用，然而在另一方面，它对人体又有着严重的危害。本工作结合我们实验室的研究兴趣，对离子液体中水合肼在不同金属电极及聚合金属钴酞菁修饰电极上的电化学行为作了研究，并在此基础上用离子液体[1-丁基-3-甲基咪唑][六氟磷酸]（BmimPF6）作为电解质制作了水合肼蒸气的电化学型气体传感器，测试了其性能，得到了一些初步的结果：1)合成了离子液体BmimPF6，利用电化学循环伏安法研究了水合肼蒸气在室温离子液体BmimPF6中的电化学行为，测得其在微金盘电极上在0.94 V vs. Pt处可以被电化学氧化，且该氧化峰电流受肼在BmimPF6中的扩散所控制，并估算出其氧化反应电子数为0.8。在此基础上，构建了以BmimPF6为电解质的准固态肼蒸气电化学气体传感器。该传感器对浓度范围为1.125.4μmol?L-1肼蒸气呈线性响应。同时，该传感器也表现出了良好的稳定性与重复性。2)考察了不同金属电极在BmimPF6中对水合肼的电化学行为。Ag电极在离子液体BmimPF6中自身会发生Ag+（IL）/Ag（s）的氧化与还原，分别在0.16V和0.07V处有一对可逆的氧化还原峰。该氧化还原反应受Ag+离子在BmimPF6中的扩散所控制。同时，Ag电极对水合肼的氧化反应有明显的催化作用，氧化峰电位位于0.16 V vs. SCE，其反应速率决定步骤为1电子过程。水合肼在Cu电极上有一对氧化还原峰电峰分别位于-0.18V与-0.48V。但由于铜在空气中非常容易被氧化成氧化铜，所以该氧化峰的稳定性较差。同时该氧化反应受水合肼在BmimPF6溶液中扩散所控制。Pt电极对水合肼有明显的催化作用。第一圈时，在-0.64V与-0.81V处出现了一对氧化还原峰，第二圈时，在-0.12V又出现了一个的氧化峰，该反应涉及2电子与2质子的得失。3)用电聚合法在玻碳电极上制备聚四氨基钴酞菁电极（p - CoTAPc/ GC），并考察了BmimPF6中水合肼在该修饰电极上的电化学行为。实验结果显示钴酞菁对水合肼的氧化具有良好的催化作用。在BmimPF6中分别滴加入浓度为0～14.9mmol·L-1的水合肼溶液，电化学响应信号与浓度变化有良好的线性关系，响应灵敏度为0.31μA·mM-1，且不受水和氨水的干扰。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 水合肼的简介与检测方法
• 1.2 水合肼电化学行为的研究现状
• 1.3 离子液体中气体小分子的电化学行为
• 1.4 本论文的研究意义和主要研究工作
• 第二章 基于室温离子液体的肼蒸气传感器
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验试剂与仪器
• 2.2.2 实验步骤
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 肼蒸气在离子液体中的电化学行为
• 2.3.2 传感器对不同浓度水合肼蒸气的响应曲线
• 2.4 结论
• 第三章 铂、铜、银电极上水合肼的电化学行为
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验试剂与仪器
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 水合肼在银电极上的电化学行为
• 3.3.2 水合肼在铜电极上的电化学行为
• 3.3.3 水合肼在铂电极上的电化学行为
• 3.4 结论
• 第四章 聚四氨基钴酞菁修饰电极对水合肼的电催化研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验试剂与仪器
• 4.2.2 修饰电极的制备
• 4.3 结果与讨论
• 6 中水合肼在钴酞菁修饰电极上的电化学行为'>4.3.1 离子液体BmimPF₆中水合肼在钴酞菁修饰电极上的电化学行为
• 4.3.2 钴酞菁修饰电极用于水合肼浓度的测定
• 4.4 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间研究成果