[Cnmim][BF4]、[Cnmim][PF6]离子液体体系及其与石墨烯电极界面微观结构的理论研究

来源 :辽宁大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wenjun_wu
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
离子液体(Ionic Liquids,ILs)作为一种新型绿色材料,已成为工业应用中新型溶剂、电解质的重要候选者。ILs作为新型溶剂的主要缺点是其粘度较高,将ILs和极性相近的乙醇混合可以显著降低粘度。ILs/乙醇混合物已在催化反应、有机合成等领域显示出不同于传统溶剂的优良特性。当ILs电解质应用于超级电容器时,石墨烯作为一种具有高比表面积、高电导率和优良化学特性的新型电极材料,使ILs/石墨烯成为一种有前景的电解质/电极组合。超级电容器的能量存储依赖于充电时发生的电荷分离,而电荷分离是由界面处阴阳离子分布不均匀造成的。所以超级电容器的性能与ILs/石墨烯界面的微观结构密切相关。本论文对纯1-烷基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐[Cnmim][BF4](n=2,4,6)和1-烷基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐[Cnmim][PF6](n=4,6)及其与乙醇的二元混合物以及五种ILs在石墨烯电极表面的微观结构进行分析,以探究阳离子烷基侧链长度以及阴离子尺寸对微观结构的影响。分子动力学(MD)模拟能够较为准确的描述ILs的微观结构,从而对其宏观性质进行预测。本文通过MD模拟方法对纯ILs、ILs/乙醇混合物和ILs/石墨烯界面的微观结构进行分析。在纯ILs中,径向分布函数(RDFs)表明较小尺寸的[BF4]-与阳离子之间的静电吸引强烈,更容易发生阳离子-阴离子之间的相互作用。通过泰森多面体(VP)对五种纯ILs中阴阳离子的自由空间进行分析,发现环氢原子与阴离子之间较强的氢键相互作用导致环氢原子周围的自由空间更小,阳离子甲基侧链的末端氢HM距离阴离子最远,拥有更多的游离空间。在五种ILs/乙醇混合物中,随着乙醇摩尔分数的增加,密度值均下降。RDFs表明,乙醇不会渗透到阳离子-阴离子之间,阳离子烷基侧链较长的[C6mim]+与乙醇的聚集程度更强。在与乙醇进行相互作用时,乙醇优先与阴离子进行相互作用,阴离子中,具有较小半径的[BF4]–更优先于[PF6]–与乙醇进行相互作用。通过泰森多面体对ILs/乙醇混合物中阴阳离子的自由空间进行了分析,发现更多的自由空间来源于烷基侧链较长的[C6mim]+与半径较大的[PF6]–。本文通过对石墨烯施加电荷的方法模拟充电电极,对ILs在未充电以及充电石墨烯电极界面的微观结构进行了分析。通过数密度分布发现在石墨烯界面处存在阳离子与阴离子的共吸附,且较长烷基侧链的阳离子与较大半径的[PF6]–在界面处数密度的峰值更低。随着电极带电量的增加,ILs的层状结构振荡的更为明显,且增大的相互吸引力导致正极(负极)处阴离子(阳离子)的堆积。但在同一电荷密度下,随着阴阳离子尺寸的增加,离子的分层减少。通过对阳离子烷基侧链末端氢的数密度分析发现,[C2mim]+阳离子的末端氢随负极带电量增加倾向于更靠近电极表面,而其它四种ILs的末端氢呈现相反的趋势,阳离子末端氢随负极带电量增加向远离石墨烯壁的方向延伸。通过扩散系数(D)的计算,发现受限于石墨烯内部的ILs扩散运动受到抑制,垂直于石墨烯方向的分量扩散运动最慢。ILs随着阳离子烷基侧链的增加以及阴离子尺寸的增大,扩散系数减小。
其他文献
随着我国对生态文明建设的不断推进,对氮氧化物的脱除要求也愈加严格。而与传统的氨法脱硝相比,CO-SCR方法不仅成本较低、无二次污染,而且可以实现对CO和NO的同时去除,被认为是一种极具潜力的脱硝技术。催化剂是CO-SCR方法的核心,一般可以分为过渡金属催化剂和贵金属催化剂两种。相较于贵金属催化剂,过渡金属催化剂由于大部分价格比较低廉且活性高而成为了该领域的研究热点。催化剂的微观结构是决定其宏观催化
学位
废旧轮胎炭黑(CBp)为废旧轮胎热解处理后的主要固体产物,CBp占废旧轮胎热解产量的30%-45%,但其整体利用率低,处理过程复杂,现有技术无法实现大规模消纳,这限制了废旧轮胎热解产业的发展,如何处理大规模利用CBp成为废旧轮胎热解产业发展重要的一环。CBp目前主要的应用方式包括改性制备轮胎填充剂、补强剂和油墨等,但这些通过改性利用CBp的方法流程繁琐,处理过程可能会造成二次污染。现有方法很难实现
学位
航空发动机燃烧室工作环境恶劣,壁面承受极大的热负荷,导致燃油组分同溶解氧发生反应形成不溶物,引发热氧化结焦沉积。目前航空煤油热氧化结焦的研究主要针对管道内部的非等温流动过程,而缺少局部等温区域结焦的观测。本课题以金属平板为研究对象,从稳态和动态两方面来研究参数变化下航空煤油的热氧化结焦,实现对金属平板表面氧化结焦过程的原位观测,并分析电场对氧化结焦过程的影响,为航空发动机的安全稳定运行提供理论基础
学位
假钞、假文件、假身份证、假药等假货的出现已经成为日益严重的安全问题。为了维护信息安全,保护市场和消费者的合法权益,人们提出了许多信息加密策略,其中荧光防伪技术是保护正品时常用的方法之一。成熟的荧光防伪技术需要具备以下特点:1)所选材料应具有优良的光学特性和稳定性,2)防伪图案或形状具有一定的复杂性,这些特点将增强防伪的不可复制性。对光学防伪需求的日益增加要求开发能够形成复杂图案或形状的具有优异发光
学位
本文以美金刚烷胺盐酸盐、5-氟水杨醛和5-氯水杨醛为主要原料合成了两种Schiff碱,然后用Na BH4进行还原,得到两种卤代的双齿还原Schiff碱配体,即2-((3,5-二甲基金刚烷-1-基)氨甲基)-4-氟苯酚(HL~1)和2-((3,5-二甲基金刚烷-1-基)氨甲基)-4-氯苯酚(HL~2)。之后HL~1和HL~2在强碱Na OH的条件下,与三种金属盐(即Cu Cl2·2H2O、Co Cl
学位
高能量密度的氢动力系统是一种能够提高水下无人潜航器续航能力的有效途径。由于燃料电池功率密度较低、动态特性较差,通常结合电池作为辅助电源,以改善动力系统的全工况运行能力。然而,目前的商用燃料电池都是在开放的空气环境中设计的,不能直接满足水下环境需要。为了提高无人水下潜航器的续航能力、降低成本,本文提出了一种采用燃料电池和电池的水下混合能源系统,解决了水下空间中阴极进气、尾气处理和能源管理等问题,完成
学位
在火箭发动机、航空发动机、工业锅炉和和燃气轮机燃烧室等设备的燃烧的过程中,经常出现燃烧不稳定现象,本文通过入口速度的周期性改变,也就是脉动燃烧的模拟来表征这种燃烧不稳定性。外加电场是一种调控燃烧不稳定现象的新兴技术,但目前电场对脉动火焰燃烧特性的作用规律和影响机制尚不明确。因此,本文通过理论分析和数值模拟方法,系统地研究了直流电场对甲烷脉动火焰振幅、频率等脉动特性地影响规律,探究了电场作用下脉动火
学位
本论文以人工富硒甘薯为原料,探究了影响富硒甘薯多糖得率的单因素实验,对比分析了两种不同工艺提取超声硒多糖(USe P)、水提硒多糖(WSe P)、水提多糖(WP)和超声多糖(UP)的结构差异和体外抗氧化活性大小。基于传统热水提取方法结合超声法进行提取,通过响应面法进行多糖得率优化,最终富硒甘薯多糖得率为3.02%。超声辅助提取和热水提取得到的超声硒多糖(USe P)、水提硒多糖(WSe P)、水提
学位
随着近年国际形势紧张,海上军事力量显得尤为重要,舰船因其具有强大的打击能力且不易被发现在军事战争中有着举足轻重的地位,如何快速准确的发现舰船目标是目前迫切需要解决的问题。由于舰船航行时会对海面温度和高度产生一定的影响,形成的尾迹目标不易隐藏、持续时间长且可间接暴露潜艇航行信息,所以对舰船尾迹的模拟仿真和检测识别的研究具有重要意义。本文通过数值模拟的方法根据舰船热尾流的浮升特性和Kelvin尾迹模型
学位
近年来,具有寿命长、效率高、材料制备成本低、生物相容性好和分子设计灵活等优点的纯有机室温磷光(Room-Temperature Phosphorescent,RTP)材料吸引了越来越多的关注。为了进一步延长有机磷光材料的磷光寿命和/或提高磷光量子产率,采用主-客体掺杂策略的有机-有机和有机-聚合物RTP材料也得到了迅速发展。本论文选择1,8-萘酰亚胺(1,8-Naphthalimide,NI)作为
学位