咪唑类离子液体的合成及其修饰碳糊电极的电化学性能

论文摘要

本文分别合成了卤化1,2-二甲基-3-乙基咪唑（[edmim]Br）、1,2-二甲基-3-丁基咪唑（[bdmim]Br）和1,2-二甲基-3-戊基咪唑（[admim]Br）,并以此合成了1,2-二甲基-3-乙基咪唑六氟磷酸盐（[edmim]PF6）、1,2-二甲基-3-丁基咪唑六氟磷酸盐（[bdmim]PF6）和1,2-二甲基-3-戊基咪唑六氟磷酸盐（[admim]PF6）三种新型离子液体。考察了反应温度、反应时间等影响因素对产率的影响,得出了合成的最佳条件。溴化1,2-二甲基-3-乙基咪唑80℃,40h时产率可达80%;溴化1,2-二甲基-3-丁基咪唑80℃,60h时产率可达86%;溴化1,2-二甲基-3-戊基咪唑80℃,50h时产率可达83%。[edmim]PF635h的转化率为71%;[bdmim]PF640h的转化率为75%;[admim]PF645h的转化率为77%。分别以[edmim]PF6、[bdmim]PF6和[admim]PF6代替传统液态石蜡为粘合剂与石墨粉相混合,制备了三种新型的离子液体修饰碳糊电极EIL/CPE、BIL/CPE和AIL/CPE。离子液体修饰碳糊电极电化学性能的研究。首先在KCl溶液中以循环伏安法测定三种离子液体修饰电极的电化学窗口。结果表明,EIL/CPE、BIL/CPE和AIL/CPE的电化学窗口均较宽,分别为4.2V、4.0V和3.9V。其次,以铁氰化钾为电化学探针对三种离子液体修饰电极的电化学行为进行了研究,并与CPE进行了比较。结果表明,[edmim]PF6、[bdmim]PF6和[admim]PF6由于具有较高的导电性,使EIL/CPE、BIL/CPE和AIL/CPE比CPE具有更高的导电效率,铁氰化钾在电极上的可逆性变好,ΔEP值变小,峰电流响应增加,电极过程由CPE上的吸附控制变为扩散控制。接着根据计时库仑法得出EIL/CPE、BIL/CPE,和AIL/CPE的扩散系数（25℃）分别为:D1=5.87×10-6cm2/s,D2=5.52×10-6cm2/s和D3=5.16×10-6cm2/s。表明电子在三个电极上的传导速率依次降低,EIL/CPE的性能最好。最后通过对三种电极的电化学交流阻抗谱的研究,结果显示EIL/CPE、BIL/CPE及AIL/CPE的阻抗谱近似一条直线,表明该电极上不存在阻挡电子转移的物质。而CPE的阻抗谱在高频区出现半径较大的半圆,表明该电极反应受吸附控制。同时对稳态极化曲线数据进行线形回归分析,所得到EIL/CPE,BIL/CPE, AIL/CPE和CPE的阴极动力学参数和阳极动力学参数表明,三种离子液体修饰电极的阴阳极交换电流密度明显大于传统碳糊电极的阴阳极交换电流密度。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 离子液体的研究进展
• 1.2 离子液体的种类
• 1.3 离子液体的合成方法
• 1.3.1 一步合成法
• 1.3.2 两步合成法
• 1.4 离子液体的性质
• 1.4.1 熔点
• 1.4.2 粘度
• 1.4.3 密度
• 1.4.4 溶解性
• 1.4.5 热稳定性
• 1.4.6 酸碱性
• 1.4.7 电导率
• 1.4.8 电化学窗口
• 1.5 离子液体的应用
• 1.5.1 离子液体在分离过程中的应用
• 1.5.2 离子液体在电化学中的应用
• 1.5.3 离子液体在化学反应中的应用
• 1.5.4 用离子液体溶解纤维素
• 1.5.5 离子液体作为万能润滑剂
• 1.5.6 离子液体在质谱中的应用
• 1.6 研究内容及意义
• 第二章 咪唑类离子液体的合成
• 2.1 实验仪器与试剂
• 2.1.1 仪器
• 2.1.2 试剂及规格
• 2.2 室温离子液体的合成
• 2.2.1 1,2-二甲基-3-乙基咪唑六氟磷酸盐的合成
• 2.2.1.1 1,2-二甲基-3-乙基咪唑六氟磷酸盐的合成原理
• 2.2.1.2 1,2-二甲基-3-乙基咪唑六氟磷酸盐的合成方法
• 2.2.1.3 反应温度的影响
• 2.2.1.4 反应时间的影响
• 2.2.2 1,2-二甲基-3-丁基咪唑六氟磷酸盐的合成原理
• 2.2.2.1 1,2-二甲基-3-丁基咪唑六氟磷酸盐的合成原理
• 2.2.2.2 1,2-二甲基-3-丁基咪唑六氟磷酸盐的合成方法
• 2.2.2.3 反应温度的影响
• 2.2.2.4 反应时间的影响
• 2.2.3 1,2-二甲基-3-戊基咪唑六氟磷酸盐的合成原理
• 2.2.3.1 1,2-二甲基-3-戊基咪唑六氟磷酸盐的合成原理
• 2.2.3.2 1，2-二甲基-3-戊基咪唑六氟磷酸盐的合成方法
• 2.2.3.3 反应温度的影响
• 2.2.3.4 反应时间的影响
• 2.3 室温离子液体的纯化
• 2.4 室温离子液体的红外光谱分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 咪唑离子液体化学修饰电极的制备和电化学性能
• 3.1 离子液体修饰电极的制备
• 3.2 离子液体修饰电极的电化学性能
• 3.2.1 离子液体修饰电极表面的扫描电子显微镜图
• 3.2.2 离子液体修饰电极的电化学窗口
• 3.2.3 电极在铁氰化钾中的循环伏安
• 3.2.3.1 CPE 在铁氰化钾中的循环伏安
• 3.2.3.2 修饰电极EIL/CPE 在铁氰化钾中的循环伏安
• 3.2.3.3 修饰电极BIL/CPE 在铁氰化钾中的循环伏安
• 3.2.3.4 修饰电极AIL/CPE 在铁氰化钾中的循环伏安
• 3.2.4 修饰电极在铁氰化钾中的计时电流
• 3.2.5 修饰电极在铁氰化钾中的电化学交流阻抗法
• 3.2.6 稳态极化曲线法
• 3.3 本章小结
• 第四章 结论与展望
• 4.1 结论
• 4.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文