离子液体聚合物的化学及电化学制备

作     者：夏三保 

作者单位：湖南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：何德良

授予年度：2011年

学科分类：081704[工学-应用化学] 07[理学] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 070305[理学-高分子化学与物理] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0703[理学-化学] 

主      题：离子液体 导电聚合物 聚苯胺 聚离子液体 电化学制备 

摘      要：导电聚合物因具有比电容量高、高电导率、使用温度宽、无污染和独特的掺杂与脱掺杂性等特点被广泛研究和应用。而离子液体一直作为环境友好的“清洁溶剂和新催化体系受到世界各国催化界与石化企业界的青睐和关注,带来了绿色化学的革命。离子液体和导电聚合物的研究日趋活跃,越来越受到关注。离子液体在导电聚合物中的应用主要是作为导电聚合物合成的介质应用。而离子液体不仅局限于作为导电聚合物合成介质,离子液体可以作为导电聚合物结构内的一部分。将离子液体结构直接引入导电聚合物结构中形成一种新型的导电离子液体聚合物(又称为导电聚离子液体),兼具离子液体与导电聚合物的优点,具有高导电性,宽的电化学窗口,高稳定性等特性,可作为固体电解质或电极材料应用于电池,电容器中,将提高电池、电容器安全性,稳定性、耐久性,在电池、电容器中具有良好的应用前景。 本文在离子液体和导电聚合物的基础上,通过化学或者电化学方法,合成了几种新型导电的离子液体聚合物。并通过傅利叶变换红外光谱(FTIR )、核磁共振氢谱(1H NMR)、X射线能量色散能谱(EDX)、X射线衍射谱(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、热重分析(TGA)、电导率测量、电化学循环伏安扫描(CV)、和恒电流充放电测试等分析测试对制得的离子液体聚合物的结构、形貌、物理化学性质、电化学性能及应用进行了研究。本论文的主要研究工作如下: (1)设计、合成了一种新型的离子液体单体氯化1-(3-氨基苄基)-3-甲基咪唑AMIC,并使用这种新型的离子液体单体合成了聚[氯化1-(3-氨基苄基)-3-甲基咪唑离子液体]PAMIC。通过质谱(MS)、傅利叶变换红外光谱(FTIR )、能谱(EDX)、扫描电子显微镜(SEM)等进行结构形貌表征和分析。另外,在电导率方面,在室温下测得PAMIC电导率为23.7μS·cm-1,高于商业级聚苯胺电导率。热重分析(TGA)测量了其热稳定性,结果显示PAMIC的热稳定性能很好。 (2)由自制的离子液体AMIC与六氟磷酸铵NH4PF6通过离子交换制得六氟磷酸化1-(3-氨基苄基)-3-甲基咪唑离子液体[AMI]PF6,再通过电化学方法在[bmim]PF6中成功地电聚合合成了聚[六氟磷酸化1-(3-氨基苄基)-3-甲基咪唑离子液体] poly([AMI]PF6),表征了其结构和形貌。并分别在0.2 mol·L-1的H2SO4溶液和纯离子液体[bmim]PF6中研究了聚合物poly([AMI]PF6)膜层电极的CV曲线和充放电性能,poly([AMI]PF6)电极在0.2 mol·L-1 H2SO4的溶液中具有良好的电容性能及高能量特性,在充放电电流密度为2 mA·cm-2时在硫酸溶液中比电容达到最大,为167 F·g-1。 (3)以2-甲基咪唑和1,3-二氯-4,6-二硝基苯为原料化学反应合成了一种新的离子液体聚合物poly[Dbz-mim]Cl,通过1H NMR、FTIR、XRD分析、TGA、SEM和电导率测定对其进行表征分析。并制备了poly[Dbz-mim]Cl电极,对其进行了电化学性能的研究。核磁、红外光谱证实了poly[Dbz-mim]Cl的结构。XRD表明poly[Dbz-mim]Cl为无定形态,热重分析说明聚合物在170℃以下有较好的热稳定性能。在电导率方面,室温下测得聚合物poly[Dbz-mim]Cl电导率为24.6μS·cm-1,高于商业级聚苯胺。此外CV曲线和充放电测试表明聚合物有良好的电容性能及充放电性能。