溶剂化离子液体电化学界面研究
批准号:
22072123
项目类别:
面上项目
资助金额:
63.0 万元
负责人:
颜佳伟
依托单位:
学科分类:
基础理论与表征方法
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
颜佳伟
中文摘要
溶剂化离子液体具有热稳定性好、不易燃及电导率高等优异的性能。作为超浓电解液,溶剂化离子液体中溶剂分子和离子的存在形式与常规电解液截然不同,从而导致特殊的电化学界面及氧化还原特性。然而,目前对溶剂化离子液体的电化学界面性质仍不清楚,阳离子、阴离子和配体及化学计量比如何影响界面结构及其电位依赖性等规律均缺乏认识。本项目拟选择系列溶剂化离子液体,结合光谱学、探针显微学和电化学方法获得的微观及宏观信息揭示相关规律。具体包括运用拉曼光谱认识阳离子、配体分子及阴离子之间的相互作用;利用原位原子力显微术从微观角度获得界面结构随电位的变化,及电解液分解所形成界面膜的厚度、模量和形貌等信息;并基于电化学技术探究溶剂化离子液体界面微分电容、氧化还原特性及所形成界面膜的性质。本研究有望揭示溶剂化离子液体这一特殊电解液中电极界面的基本规律,推动电化学界面基础理论发展,为溶剂化离子液体的应用提供实验依据和理论指导。
英文摘要
Solvate ionic liquids have the advantages of thermostability, inflammability and high conductivity. As a type of superconcentrated electrolyte, all solvent molecules in solvate ionic liquids are in solvating states, presenting quite different properties from those of conventional molecular solvents. However, the interfacial properties of solvate ionic liquids are still unclear, and the studies on how ligand, cation, anion and concentration affect the interfacial structure and property are still scarcely reported in literature. In this project, we plan to combine optical spectroscopy, probe microscopy and electrochemical methods for better understanding the complicated interfaces. Firstly, we will employ Raman spectroscopy to investigate interactions among cations, ligands and anions in bulk electrolyte; Secondly, atomic force microscopy will be used to obtain information on the interface and the formed interphase including the thickness, modulus and morphology; Thirdly, electrochemical methods will be used to obtain differential capacitance curves and the information on the formed interphase. It is expect that the interfacial structure and properties between electrodes and solvate ionic liquids will be revealed, which benefit the development of the fundamental theory of electrochemical interface and the application of solvate ionic liquids.
溶剂化离子液体具有热稳定性好、不易燃及电导率高等优异的性能。作为超浓电解液,溶剂化离子液体中溶剂分子和离子的存在形式与常规电解液截然不同,从而导致特殊的电化学界面及氧化还原特性。然而,目前对溶剂化离子液体的电化学界面性质仍不清楚,阳离子、阴离子和配体及化学计量比如何影响界面结构及其电位依赖性等规律均缺乏认识。本项目选择系列溶剂化离子液体,结合光谱学、探针显微学和电化学方法获得的微观及宏观信息揭示相关规律。我们提出了一种基于壳层隔绝纳米粒子和金属基底耦合的间隙增强拉曼光谱策略,并结合原子力显微术等表征技术,研究了层数可调的石墨烯表面上吸附离子构型的电位依赖性和电容曲线。研究发现,随着石墨烯层数的增加,石墨烯的性质从类金属行为向类石墨行为转变,充电机理由单层石墨烯中的共离子解吸附主导转变为少层石墨烯中的离子交换主导,并且显著影响电化学性能,从而为理解和调控电化学电容器的充电动力学提供了新的途径。该方法有望进一步拓展到其它二维材料的表界面科学和能源科学研究。进一步,我们以HOPG和不同浓度比的溶剂化离子液体Li(G4)FSI和Li(G4)3FSI为研究体系,探究其界面最内层层状结构随电位的变化规律。研究表明,在零电荷电位两侧,层状结构稳定性均呈现先增大后减小的变化,这与离子在电极表面吸附的有序度有关。在双层电位区,溶剂化离子液体都保持其特有溶剂化结构,锂离子与溶剂具有强的配位作用。而HOPG/Li(G4)3FSI界面荷电量较少时,呈现和上述相同的层状排布结构,保持其溶剂化特性,但当电极表面带电荷较多时,由于溶液中游离溶剂的存在,电极界面优先发生溶剂G4的吸附,且层状结构数为1-2层。可见,中心离子与溶剂分子的比例会显著影响双电层最内层结构,进而对电化学行为产生影响。本工作有助于在微观水平上深入认识溶剂化离子液体电化学界面结构。
低共熔溶剂与水二元体系从超浓电解液到稀水溶液转变过程中的界面结构及反应动力学研究
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批准号:22372140
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项目类别:面上项目
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资助金额:50万元
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批准年份:2023
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负责人:颜佳伟
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依托单位:
离子液体电化学界面特殊双电层结构及电极过程动力学研究
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批准号:21673193
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项目类别:面上项目
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资助金额:65.0万元
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批准年份:2016
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负责人:颜佳伟
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依托单位:
电化学双极性原理及其在复合微电极阵列中的应用
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批准号:21373174
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项目类别:面上项目
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资助金额:81.0万元
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批准年份:2013
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负责人:颜佳伟
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依托单位:
电极-离子液体界面的电化学和扫描隧道显微术研究
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批准号:20973144
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项目类别:面上项目
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资助金额:28.0万元
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批准年份:2009
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负责人:颜佳伟
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依托单位:
AFM纳米“蘸墨笔”-电化学还原法-光刻技术联用纳米构筑和电学测试新方法
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批准号:20303013
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:23.0万元
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批准年份:2003
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负责人:颜佳伟
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依托单位:
国内基金
海外基金