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室温离子液体(Room-TemperatureIonicLiquids,RTILs)是完全由离子组成,且在低温(通常<100℃)下呈液态的盐,也称为低温熔融盐。独特而且优良的物理化学性质使RTILs成为许多化学过程的良好介质和两相体系的理想组成部分,如两相有机合成、异相催化、萃取或液-液分离过程等。因此,对于水、有机溶剂和RTILs界面过程的化学热力学和动力学研究具有非常重要的意义,是液/液界面电化学研究的一个非常重要的新的发展方向。本论文简要介绍了液/液界面电化学的研究进展、基本理论及实验方法、离子液体的性质以及电化学研究现状。围绕离子液体的电极过程动力学以及有机相/离子液体/水相界面或溶液电化学主要开展了如下三个工作:
1、离子液体/电极界面上电子转移反应探讨
采用微电极循环伏安法(CV)和扫描电化学显微镜(SECM)研究了二茂铁(Fc)和7,7,8,8-四氰代二甲基苯醌(TCNQ)在离子液体[1-benzyl-3-methylimidazoliumbis(trifluoromethylsulfonyl)imide,BeMIM·Tf2N]/铂电极界面上电子转移反应的热力学和动力学行为,并对该离子液体的电化学稳定性进行了表征,所得离子液体的电势窗为3.5V。CV结果表明两个体系中的氧化还原反应都是准可逆或不可逆的;SECM结果表明离子液体体系中电子转移反应的标准速率常数比常规的有机溶剂体系中低1个数量级,速率常数和界面驱动力之间的关系仅在非常有限的范围内(~180mV)遵守Butler-Volmer理论,并对产生这种行为的可能原因进行了详细讨论。
2、室温下甲苯单一溶剂中C606-和C706-的电化学检测
研究了甲苯和离子液体THATf2N[tetrahexylammoniumbis(trifluoromethylsulfonyl)imide]这个新的电化学体系的优越性,首次实现了甲苯单一溶剂中室温下(25±1℃)C606-和C706-的电化学检测,该过程是利用微电极的循环伏安法(CV)和微分脉冲伏安法(DPV)实现的。这为富勒烯衍生物的电化学还原提供了一个很好的平台,也为甲苯这种非极性溶剂的电化学的发展提供了很好的实验手段。后来我们还将这个体系应用到巯基单层保护的金纳米簇粒子的电化学研究中,探讨了有机溶剂的介电常数对其氧化还原性质的影响。
3、室温离子液体与1,2-二氯乙烷混合溶液/水相界面上电子转移反应的研究
应用扫描电化学显微镜研究了室温离子液体[1-octyl-3-methylimidazoliumbis(trifluoromethylsulfonyl)imide,Omim·Tf2N]与1,2-二氯乙烷(DCE)混合溶液/水界面上的电子转移反应。室温离子液体Omim·Tf2N以及Omim·Tf2N与DCE的混合溶液能够与水溶液形成稳定的、互不相溶的界面。在保持共同离子(Tf2N-)的浓度比恒定,异相电子转移反应由界面电势差所决定的条件下,研究了室温离子液体和DCE混合溶液中二茂铁(Fc)与水相中亚铁氰化钾[K4Fe(CN)6]之间的异相电子转移反应。探讨了混合溶液中离子液体的体积分数(XRTIL)的变化对混合溶液/水界面上电子转移反应速率的影响。