镧系和锕系元素在离子液体中电化学行为研究进展

在核燃料后处理中,离子液体作为“新一代绿色溶剂”可以替代强腐蚀性的高温熔盐用于干法后处理电解回收金属离子。本文总结了近年来国内外在离子液体中锕系和镧系元素的电化学行为。通过对比各研究结论的异同,评述了几类离子液体作为电解液电沉积金属及合金薄膜的优劣势。展望了离子液体作为电解液进行镧锕分离实现提取铀和钚的研究前景和目前需要解决的问题。     

离子液体在电化学中的应用

离子液体作为绿色替代溶剂在电化学中的应用涉及电解、电镀、电催化、电池和电容技术等 ,在全球环境问题日益严峻的今天 ,电化学及其技术将显示重要作用。本文就离子液体这一新型的反应介质及其在电化学中的应用和研究进展加以阐述     

锕系元素在熔盐体系中的电化学及萃取特性研究进展

熔融盐是一类非水溶剂,分为高温熔盐、室温熔盐和低温熔盐。 作为反应介质和电解介质,因其优良性能,可以溶解很多难溶于水的活泼金属。 近年来,该领域的研究热点是将熔盐作为干法后处理的电解质分离和回收锕系元素。 本文综述了锕系元素在高温熔盐中的电化学行为、热力学等物理特性,介绍了近几年室温离子液体(RTILs)的研究进展及锕系元素在RTILs中萃取特性的最新研究成果,展望了熔盐体系未来的研究方向。     

氯化钽在离子液体1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐中电化学行为

采用循环伏安法,研究了0.25 mol/L TaCl₅在离子液体1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐([Bmim]PF₆)中的电化学行为。 实验结果表明,电沉积钽是受扩散控制、两步骤的不可逆电极反应过程,首先是Ta(Ⅴ)还原为Ta(Ⅲ),其次是Ta(Ⅲ)还原为金属钽和形成其它低价钽氯化物。 Ta(Ⅴ)/Ta(Ⅲ)和Ta(Ⅲ)/Ta在离子液体[Bmim]PF₆中的阴极传递系数分别为0.155和0.406。 Ta(Ⅴ)在离子液体[Bmim]PF₆中的扩散系数为1.629×10^-9 cm²/s。 在100 ℃和-1.25 V条件下,采用恒电势法在铂片上电沉积钽,扫描电子显微镜照片和EDS分析表明,沉积物为钽和钽的低价氯化物。     

苯甲醛在离子液体中的电化学行为

应用线性扫描循环伏安法、方波循环伏安法和计时电量法测定苯甲醛在3种离子液体C4M IMBF4、C6M IMBF4和C8M IMBF4中的电化学行为.实验表明,在C4M IIVIBF4离子液体中苯甲醛于GC电极上的还原包含两个连续、不可逆单电子过程,对应的方波I~E曲线峰电位Ep为-1.39 V和-1.69 V,估算的扩散系数分别为D1=1.5×10-8cm2/s和D2=1.3×10-8cm2/s.而在C6M IMBF4和C8M IMBF4离子液体中,则苯甲醛于GC电极仅显示一个电流峰,这可能是因为C4M IMBF4的碱性较C6M IMBF4和C8M IMBF4弱的缘故;而电流的衰减时间亦依C4M IMBF4,C6M IMBF4,C8M IMBF4,次序增长,并会导致更慢的异相动力学过程.     

气体在不同离子液体中电化学响应灵敏度的研究

不同气体在不同离子液体中的电化学响应存在差异.本文以氢气、氧气作为目标研究气体,采用循环伏安法和计时安培电流法研究对比了基于两种不同离子液体[Bmpy][NTf2]和[Bmim][NTf2]的电化学传感器中气体的电化学行为,并就气体电化学信号的响应时间及灵敏度等电化学行为进行了讨论分析.结果表明:在[Bmpy][NTf...     

离子液体中对苯醌的电化学行为

采用循环伏安法(CV)和现场光谱电化学方法从分子水平上研究了对苯醌(BQ)在4种离子液体中铂电极上的电化学氧化还原过程.基于在298.15~343.15 K温度范围内对苯醌的伏安曲线,获得了不同温度下对苯醌的扩散系数(D),进而求得其扩散活化能(Ea).利用现场红外光谱电化学循环伏吸及导数循环伏吸法同时跟踪电化学过程中反应物、中间体及产物随时间(电位)的变化.光谱电化学结果表明,苯醌在1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐(BMIMBF4)和1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐(BMIMPF6)中与在乙腈中类似,先生成苯醌阴离子自由基,随后进一步还原为二价阴离子.     

离子液体[BMIM]PF_6中铬的电沉积行为

以一氯丁烷、N-甲基咪唑和KPF6为原料,合成了1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体([BMIM]PF6),用红外光谱(IR)对产物进行了结构分析.用循环伏安法测试该离子液体在85℃下的电化学窗口为4.7 V.考察了[BMIM]PF6-Cr(Ⅲ)电解液的电化学行为,结果表明,在85℃下Cr(Ⅲ)的还原过程是受扩散控制的一步还原不可逆过程,Cr(Ⅲ)的传递系数α=0.023,阴极扩散系数D0=1.142×10-6cm2/s.在85℃和-1.5 V条件下,用恒电势法在铜片上电沉积Cr(Ⅲ),并通过扫描电子显微镜(SEM)观察了铜片上镀层的表面结构,发现该镀层呈颗粒状,且颗粒的体积随沉积时间的延长而增大.X射线能量色散谱(EDS)和X射线粉末衍射(XRD)测试结果表明,该镀层为无定形的金属铬.     

离子液体电沉积CuIn_xGa_(1-x)Se_2薄膜(英文)

采用循环伏安法(CV)对离子液体Reline中三元CuCl2+InCl3+SeCl4体系和四元CuCl2+InCl3+GaCl3+SeCl4体系的电化学行为进行了研究。研究表明,In3+并入三元CIS(Cu-In-Se)薄膜体系和Ga3+并入四元CIGS(Cu-In-Ga-Se)薄膜体系均有两种途径:一是发生共沉积,二是直接还原。利用电感耦合等离子体发射光谱(ICP)和扫描电镜(SEM)对沉积电势、镀液温度和主盐浓度对CIGS薄膜组成、镀层表面形貌的影响进行了测试,结果表明通过工艺参数的选择可以控制Ga/(Ga+In)和CIGS薄膜组成并得到化学计量比为Cu1.00In0.78Ga0.27Se2.13的薄膜。     

离子液体修饰电极上氧氟沙星的电化学行为及测定

制备了1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐(BM IMPF6)室温离子液体修饰电极,用循环伏安法研究氧氟沙星在该修饰电极上的电化学行为,结果表明该电极过程受吸附控制。计算了电极过程的部分动力学参数:转移电子数n=2,电极有效面积A=0.0502 cm2。用方波溶出伏安法优化了测定参数,测定了浓度与峰电流ipa的线性关系,发现ipa与氧氟沙星浓度在5.0×10-7～6.0×10-5mol/L范围内呈线性关系,检出限为2.8×10-7mol/L,样品回收率为93.2%～108.2%,可直接用于实际样品中氧氟沙星含量的测定。     

拓扑化学行为及其对镧系元素和锕系元素的QSPR应用

提出拓扑化学行为概念,把对化合物性质最具影响力的因素归纳为拓扑生长力和拓扑阻滞力。根据该原理,利用价电子轨道能量对价电子距离矩阵进行修正。研究表明OET(轨道能量拓扑指数)对镧系元素和锕系元素的物理化学性质具有良好的应用，尤其是对尚未借助QSPR(定量结构性质关系)手段进行研究的光谱性质。LOO CV(留一法交叉检验)的结果验证了模型的良好稳定性和预测能力,采用的检验参数有：PRESS/SSY，SEP_CV，R_CV，S_PRESS 和PSE，其中PRESS/SSY比值介于0.000 6和0.114 8之间。与文献进行比较,本文方法所得结果与之接近或更好。研究显示正是基于拓扑化学行为才有本文方法良好和较广的应用。     

功能化的离子液体在电化学中的应用

离子液体独特的全离子结构无疑会导致良好的导电性,成为有潜力的绿色电化学材料。功能化是实现离子液体专一性的重要手段。本文综述了近几年功能化的离子液体在电化学研究中的进展,内容包括阴离子功能化、阳离子功能化和离子液体固相化。作者还对离子液体结构与离子电导率、电势窗口、稳定性和溶解能力的关系提出了一些看法。     

离子液体电沉积CuInxGa1-xSe2薄膜

采用循环伏安法(CV)对离子液体Reline中三元CuCl₂+InCl₃+SeCl₄体系和四元CuCl₂+InCl₃+GaCl₃+SeCl₄体系的电化学行为进行了研究。研究表明,In³⁺并入三元CIS(Cu-In-Se)薄膜体系和Ga³⁺并入四元CIGS(Cu-In-Ga-Se)薄膜体系均有两种途径：一是发生共沉积,二是直接还原。利用电感耦合等离子体发射光谱(ICP)和扫描电镜(SEM)对沉积电势、镀液温度和主盐浓度对CIGS薄膜组成、镀层表面形貌的影响进行了测试,结果表明通过工艺参数的选择可以控制Ga/(Ga+In)和CIGS薄膜组成并得到化学计量比为Cu_1.00In_0.78Ga_0.27Se_2.13的薄膜。     

离子液体限域于硅胶纳米孔道中的电化学行为研究(英文)

通过溶胶-凝胶法制备了硅胶包载咪唑类离子液体修饰电极,研究其与体相离子液体不同的伏安行为;另一方面,制备不同离子液体含量为15% ~ 28%的包载离子液体硅胶和涂覆离子液体硅胶,用电化学阻抗研究其在20 ^oC到80 ^oC下电导率的变化情况. 异常的电化学行为主要表现在：1)硅胶包载离子液体导致Fc/Fc⁺电对的半波电位正移63.5 ~ 200 mV;2)当离子液体限域于硅胶纳米孔道中时,离子液体的电化学稳定性变差;3)包载离子液体硅胶的电导率要比涂覆离子液体的电导率高29.6% ~ 136%. 由此推断,可能是由于离子液体充满硅胶孔腔和孔道从而形成了纳米网状的离子液体导电介质. 这些结果表明,硅胶包载离子液体不仅可以作为修饰电极的优良载体,而且也有助于理解离子液体限域于硅胶纳米孔道中的限域效应.     

芦丁在离子液体[bmim]BF4中的电化学行为及其影响因素

采用线性扫描伏安法和循环伏安法研究了芦丁在亲水性离子液体1-丁基-3-甲基四氟硼酸盐([bmim]BF4)中的电化学行为, 讨论了扫描速度、富集时间及温度等因素对其电化学行为的影响. 结果表明, 芦丁在[bmim]BF4中的电极过程是一个受吸附控制的准可逆过程, 电子转移数为2, 标准速率常数ks=0.126 s-1. 同时, 分别考察了水及乙醇对芦丁氧化还原特性的影响, 结果发现, 随着水或乙醇含量的增加, 芦丁的峰电位负移, 峰电流增加, 且水的影响比乙醇的影响明显. 在离子液体-水体系中, 芦丁的峰电流与浓度在4.0×10-5～1.4×10-4 mol/L范围内呈良好的线性关系, 检出限为1.0×10-5 mol/L, 有望用于芦丁含量的分析测定.     

共晶基离子液体的钴电化学沉积

通过恒电流和恒电位方法,研究了不同温度下脲-氯化胆硷（氯仿）基或乙二醇-氯化胆硷（氯仿）基离子液体中氯化钴溶液在铜和钢阴极上的钴电化学沉积行为. 采用扫描电子显微镜和X射线衍射技术,考察了不同试验条件对钴电沉积行为及钴沉积层形貌的影响. 结果表明,当沉积电位达到-0.8 V和沉积电流密度达到-6.0 A·m^-2时,温度范围从30 °C到90 °C,添加0.05 mol·L^-1的五氧化二磷,可以从脲基和乙二醇基离子液体中沉积得到光滑、发亮和良好结合力的金属光泽钴层. 电化学沉积钴的阴极电流效率达到98%.     

离子液体在分析化学中应用研究进展

离子液体具有低蒸汽压、低熔点、宽电化学窗口、良好离子导电性、导热性及高热稳定性等特点,是一种新型的软介质和功能材料。离子液体已经被用于分析化学的各个领域如分离科学、色谱体系、电化学分析与传感器、光谱与质谱等方面。并对室温离子液体在分析化学各个方面的最新应用进展进行了综述。     

以电化学方法在离子液体[DEME][BF4]中合成铂纳米粒子

通过恒电位电沉积法在离子液体N,N-二乙基-N-甲基-N-（2-甲氧基乙基）铵四氟硼酸铵（[DEME][BF₄]）中,在玻碳电极上制备了铂纳米颗粒。首先探究了不同沉积电势和不同沉积时间对铂纳米粒子微观形貌的影响,由SEM和TEM图发现在-2.5 V下沉积480 s制备的铂纳米粒子的平均粒径约为2.38 nm。使用高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）和电子衍射（SAED）对其晶体结构进行表征,证明了铂纳米粒子为面心立方（fcc）晶体结构。在硫酸中测试铂纳米粒子的催化性能,发现其暴露出明显的（110）和（100）晶面。进一步对铂的电沉积行为进行研究发现,Pt （Ⅳ）的两步还原是由扩散过程和电化学过程共同控制。     

离子液体AlCl3/Et3NHCl中电沉积法制备金属铝

在AlCl3/Et3NHCl型离子液体中铝电极上通过恒电位电解沉积制备出金属铝. 测定了不同摩尔比的AlCl3/Et3NHCl离子液体在不同温度下的电导率, 考察了离子液体AlCl3/Et3NHCl摩尔比为2/1中Al电极上铝沉积的晶核成核过程, 以及恒电位电解沉积铝的工艺条件对电流效率和沉积铝表面形貌的影响. 结果表明, 不同比例AlCl3/Et3NHCl离子液体的电导率随温度升高而升高, 符合Arrhenius规律; 在Al电极上铝沉积的成核机理为三维瞬时成核过程; 恒电位电解沉积结果表明, 室温下在电位-2.4 V(vs Pt)和电解时间20 min条件下, 沉积铝的表面形貌比较平整致密,电流效率达73%, 沉积铝的纯度达96%(w).     

以电化学方法在离子液体[DEME][BF4]中合成铂纳米粒子

通过恒电位电沉积法在离子液体N,N-二乙基-N-甲基-N-（2-甲氧基乙基）铵四氟硼酸铵（[DEME][BF₄]）中,在玻碳电极上制备了铂纳米颗粒。首先探究了不同沉积电势和不同沉积时间对铂纳米粒子微观形貌的影响,由SEM和TEM图发现在-2.5 V下沉积480 s制备的铂纳米粒子的平均粒径约为2.38 nm。使用高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）和电子衍射（SAED）对其晶体结构进行表征,证明了铂纳米粒子为面心立方（fcc）晶体结构。在硫酸中测试铂纳米粒子的催化性能,发现其暴露出明显的（110）和（100）晶面。进一步对铂的电沉积行为进行研究发现,Pt（Ⅳ）的两步还原是由扩散过程和电化学过程共同控制。