短链羟基甲基咪唑离子液体的合成与电化学性能.pdf

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1、第29卷第12期应用化学V01．29Iss．122012年l2月CHINESEJ0URNALOFAPPLIEDCHEMISTRYDec．2012短链羟基甲基咪唑离子液体的合成与电化学性能赵艳青王宏宇。高桂天齐力(。中国科学院长春应用化学研究所电分析化学国家重点实验室长春130022；吉林大学材料科学与工程学院长春130022)摘要通过2．(2．氯乙氧基)乙醇和2一溴乙醇分别与1一甲基咪唑反应，合成乙醇基甲基咪唑溴(EMIMBr)和乙氧基乙醇基甲基咪唑氯(EEMIMC1)2种羟基咪唑离子液体，用HNMR和n-IR表征结构，TG和DSC进行热

2、性能测试，并研究了其电化学性能。结果表明，羟基类咪唑离子液体具有高的热稳定性，这种含醚氧键和羟基的短链离子液体有利于电导率的提高，导电机理符合Vogel-Truman·Fulcher(VTF)方程。乙醇基甲基咪唑溴和乙氧基乙醇基甲基咪唑氯的室温电导率分别为1．2×10“和1．7×10～S／cm。对于碳酸丙二醇酯、乙氧基乙醇基甲基咪唑氯和钾盐体系，室温电导率最高可达3．82×10～S／cm。乙氧基乙醇基甲基咪唑氯的电化学窗口为3．4V。关键词离子液体，聚乙二醇，锂离子电池，VTF方程，电化学性能中图分类号：O631文献标识码：A文章编号：1

3、000-0518(2012)12—1457-O6DOI：10。3724／SP．J．1095．2012．20434离子液体不仅被广泛作为绿色溶剂，而且由于具有离子电导率高、电化学窗口宽、热稳定性能好和环境友好等优良特性，在燃料电池和二次电池的电解质、电化学电容器等方面得到大规模推广¨4。。室温离子液体与聚合物合成或改性得到的离子液体低聚物电解质兼具离子液体和聚合物电解质的优点，能有效提高电池的安全性和稳定性，是离子液体在电化学应用中的另一热点引。离子液体在电化学中的应用极具潜力，但仍有不少问题亟待解决，如粘度相对较高、有些种类对环境敏感以及

4、电导率低等。近几年，研究者通过改变阴阳离子的组合，设计了各种功能化的离子液体，以更好的适应电化学研究的要求，同时也探索了离子液体今后功能化的发展方向。目前，咪唑类离子液体以其各方面的优势已逐渐成为离子液体研究的主流”J。研究表明，将咪唑类离子液体丁基甲基咪唑四氟硼酸盐应用于质子导电凝胶电解质，电化学性能优良，室温电导率可达1．2x10S／cm_】，将咪唑类离子液体丁基甲基咪唑氯进行有机无机杂化可得到400oC稳定和高质子导电率的复合材料。羟基类短链咪唑离子液体电导率相对较高，稳定性好¨。羟基的存在，使得此类离子液体同时具有亲水性和亲油性，

5、可用于多种不同的领域。醚氧键和羟基的存在有利于碱金属离子与极性官能团的配合，促进离子定向迁移，提高电导率。因此，本文合成了乙醇基甲基咪唑溴(EMIMBr)和乙氧基乙醇基甲基咪唑氯(EEMIMC1)2种羟基咪唑离子液体，其分子链短，在提高电导率的同时，制备过程简单，方便快速合成。乙氧基乙醇基甲基咪唑氯同时含有短链、醚氧键与羟基3种结构，是多功能离子液体化合物，有希望在电化学能源领域得到广泛应用。1实验部分1．1试剂和仪器2·溴乙醇(96％)、2一(2一氯乙氧基)乙醇(99％)和1．甲基咪唑均为分析纯试剂，直接使用；硫氰酸钾：60oC真空干燥

6、16h后使用；碳酸丙二醇酯在氢化钙中蒸馏后使用。Vertex70型Fr—IR光谱仪(瑞士2012-09-27收稿，2012-10—12修回国家重大科学研究计划973项目(2012CB932800，2011CB935702)通讯联系人：齐力，副研究员；Tel：043145262915；E—mail：qil@ciac．j1．cn；研究方向：聚合物电解质应用化学第29卷Bruker公司)，扫描波长2em～，频率范围4000～500cm～；AV400型核磁共振仪(瑞士Bruker公司)，频率400MHz，溶剂用二甲基亚砜(DMSO)；Perkin

7、—Elmer系列热失重分析仪(TGA)，升温速度10K／min，N2气保护；Perkin—Elmer系列差示扫描量热仪(DSC)，扫描范围一50～200oC，升温速率10K／min；DDS一1lA型电导率仪(上海富华公司)，测量前将样品在50℃下真空干燥12h，将DJS一1C电极(铂电极)插入样品内测量；CHI-700d型电化学分析仪(上海辰华仪器公司)，铂电极插入样品内，进行循环伏安测试，扫描速率10mV／s。1．2EMnIBr和EEMIMCl的合成取25g2-溴乙醇于圆底烧瓶中，然后将19．7g1一甲基咪唑缓慢倒入烧瓶中(1一甲基咪唑

8、与2．溴乙醇摩尔比为1．2：1)，在磁力加热搅拌器上回流，控制温度在70左右。待反应一周后，将烧瓶中的反应物倒入塑料瓶中，用无水乙醚洗涤生成物数次，得到固体产物乙醇基甲基咪唑溴(EMIMBr)