离子液体1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐的电化学降解机理

采用原位质谱技术,以304不锈钢(SS)为电极,分析了离子液体1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([BMIM]BF4)在15V直流电压下发生电化学降解后释放的气体产物,并通过扫描电镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)与X-射线光电子能谱(XPS)研究了电化学降解后,SS电极的表面形貌与结构变化,探讨了[BMIM]BF4的电化学降解机理.在阳极侧,四氟硼酸根阴离子(BF4-)脱除1个氟原子,释放出三氟化硼(BF3),脱除的氟原子与阳极SS发生氟化反应,在阳极SS表面生成金属氟化物(MeFx)微纳米颗粒;此外,由于[BMIM]BF4中存在微量水分,在电化学降解过程中,在阳极侧产生少量氧气与金属氢氧化...

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Published in:分析化学 2023, Vol.51 (9), p.1473-1482
Main Authors: 干思宇, 吴敏, 孙仕杰, 魏勇
Format: Article
Language:Chinese
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Description
Summary:采用原位质谱技术,以304不锈钢(SS)为电极,分析了离子液体1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([BMIM]BF4)在15V直流电压下发生电化学降解后释放的气体产物,并通过扫描电镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)与X-射线光电子能谱(XPS)研究了电化学降解后,SS电极的表面形貌与结构变化,探讨了[BMIM]BF4的电化学降解机理.在阳极侧,四氟硼酸根阴离子(BF4-)脱除1个氟原子,释放出三氟化硼(BF3),脱除的氟原子与阳极SS发生氟化反应,在阳极SS表面生成金属氟化物(MeFx)微纳米颗粒;此外,由于[BMIM]BF4中存在微量水分,在电化学降解过程中,在阳极侧产生少量氧气与金属氢氧化物(Me(OH)x).在阴极侧,咪唑阳离子([BMIM]+)的C2位上的氢原子、N1位的丁基与N3位上的甲基脱除,产生氢自由基(H·)、甲基自由基(CH3·)与丁基自由基(C4H9·),这些自由基相互结合,在阴极释放出氢气、甲烷、乙烷和丁烷气体;同时,产生的CH3·与C4H9·也可与阴极SS发生烷基化反应,生成的金属烷基化合物在微量水的作用下,最终在阴极SS表面水解为(Me(OH)x)纳米颗粒.本研究将有利于拓宽对离子液体电化学稳定性的认识,并有助于离子导体材料的设计与开发.
ISSN:0253-3820
DOI:10.19756/j.issn.0253-3820.221552