室温纯离子的电解工艺
离子液体燃料电池
离子液体燃料电池
离子液体燃料电池（Ionic liquid fuel cell，简称ILFC）是一种
利用离子液体作为电解质的燃料电池。
离子液体是一类具有低融点甚至室温下也能形成液体的盐类物质，其主要特点是具有低挥发性、高离子导电性、广泛的溶解性等。
离子液体燃料电池主要由阳极、阴极和离子液体电解质层组成。
燃料和氧气在阳极和阴极上发生氧化还原反应，并通过离子液体电解质层中的离子传输来产生电流。
离子液体燃料电池相比传统的燃料电池具有以下优点：
1. 宽工作温度范围：离子液体燃料电池的电解质具有较低的融点，使其可以在低温下正常工作，同时也能在高温下保持稳定性。
2. 高离子导电性：离子液体具有良好的离子导电性，能够提供更高的离子传输速率，增加燃料电池的输出功率和效率。
3. 低挥发性：离子液体具有较低的蒸汽压，不易挥发，因此减少了燃料的损失和环境污染风险。
4. 可调性和定制性：由于离子液体的结构可以进行调整和设计，可以根据需要定制具有特定性能的离子液体电解质，提高燃料电池的性能和稳定性。
离子液体燃料电池作为一种新型的能源转换技术，具有广泛的
应用前景。
在移动电子设备、电动汽车、储能系统等领域有着潜在的应用价值。
然而，离子液体燃料电池目前仍面临着高成本、耐久性等方面的挑战，需要进一步的研究和发展才能实现商业化应用。
离子液体内电沉积铝全解
当电流导通时脉冲峰值电流相当于普通直流电流的几倍甚至几十倍正是这个瞬时高电流密度使金属离子在极高的过电位下还原从而使沉积层晶粒变细当电流关断时阴极区附近放电离子又恢复到初始浓度浓差极化被消除这利于下一个脉冲周期继续使用高的脉冲峰值电流密度同时关断期内还伴随着重结晶吸脱附等现象有利于晶粒细化
学 生：徐 芳
2、优点：
宽的电化学窗口、优良的导电性、不挥发、热稳定性和化学稳定性较高 等优点很好的溶解性，极低的蒸汽压。 离子液体在化学反应、分解提纯、电化学方面都有着广泛的应用，作为 新一代绿色溶剂正日益受到重视。
3、三种主要离子液体的配置
配置离子液体的原料以及离子液体均具有极强的吸湿性，所以离子液体
的配制均在氨气保护的真空手套箱内进行。手套箱内水分和氧气含量控制在
阳极活化的目的是利用电解作用进一步清除试样表面上的氧化膜。 阳极活化在氩气气氛手套箱内进行，其装置示意图如图所示。NdFeB 试样为阳极，铝板为阴极，AlCl3-EMIC为活化液，接通直流稳压电源 节阳极电流密度进行阳极活化。
NdFeB 铝板
阳极活化示意图
电解制溴单质
电解制溴单质电解制溴单质是一种利用电化学方法从溴化物中产生纯溴单质的过程。
这个过程通常涉及到在适当的条件下将溴化物在电解池中进行电解，以得到高纯度的溴单质。
以下是电解制溴单质的详细过程和相关信息。
1. 溴单质的性质溴单质是一种深红褐色液体，在室温下具有较高的蒸气压。
它在化学工业中广泛用作消毒剂、有机合成反应中的催化剂等。
2. 电解制溴单质的基本过程电解制溴单质的基本过程涉及以下步骤：2.1 材料准备首先需要准备含有溴的化合物，通常是溴化钠（NaBr）或溴化钾（KBr）。
这些化合物是常见的溴源，它们可在水溶液中提供溴离子。
2.2 电解池设计设计一个电解池，通常由两个电极、电解质溶液和外部电源组成。
电解池中使用的电极通常是惰性电极，如铂电极。
2.3 电解反应在适当的条件下，将溴化物溶液放入电解池，然后通过外部电源施加电流。
在电解过程中，水分解成氢气和氧气，同时溴离子（Br⁻）在电极上发生还原反应，生成溴单质（Br₂）。
电解反应可以表示为：2.4 分离和提纯产生的溴单质会以液体的形式存在。
为了提高其纯度，可以采用分离和提纯的方法，如蒸馏、结晶等。
3. 电解制溴单质的条件和参数3.1 电解条件电解质溶液：通常使用溴化物的水溶液，如溴化钠或溴化钾。
温度：通常在室温下进行，但在一些特殊情况下可能需要加热。
3.2 电解参数电流密度：控制电流密度以避免过高的能量消耗和电极的腐蚀。
电解时间：可以调整电解时间以控制产量。
4. 应用领域电解制溴单质的产物主要用于以下领域：4.1 化学工业溴单质在有机合成中作为催化剂的应用，例如在药物合成中扮演重要角色。
4.2 水处理溴单质可用作消毒剂，用于水处理和游泳池消毒。
4.3 电池制造在某些电池中，溴单质被用作电解质，参与电化学反应。
5. 优势和挑战5.1 优势高纯度：通过电解方法可以获得相对高纯度的溴单质。
可控性：电解过程相对容易控制，可以调整反应条件以获得所需产物。
5.2 挑战能耗：电解制溴单质可能涉及较高的能耗，特别是在高纯度要求下。
离子液体介绍
离子液体是指全部由离子组成的液体，如高温下的KCI, KOH呈液体状态，此时它们就是离子液体。
在室温或室温附近温度下呈液态的由离子构成的物质，称为室温离子液体、室温熔融盐、有机离子液体等，目前尚无统一的名称，但倾向于简称离子液体。
在离子化合物中，阴阳离子之间的作用力为库仑力，其大小与阴阳离子的电荷数量及半径有关，离子半径越大，它们之间的作用力越小，这种离子化合物的熔点就越低。
某些离子化合物的阴阳离子体积很大，结构松散，导致它们之间的作用力较低，以至于熔点接近室温。
离子液体的历史可以追溯到1914年，当时Walden报道了(EtNH3)N03的合成(熔点12℃) 。
这种物质由浓硝酸和乙胺反应制得，但是，由于其在空气中很不稳定而极易发生爆炸，它的发现在当时并没有引起人们的兴趣，这是最早的离子液体。
一般而言，离子化合物熔解成液体需要很高的温度才能克服离子键的束缚，这时的状态叫做“熔盐”。
离子化合物中的离子键随着阳离子半径增大而变弱，熔点也随之下降。
对于绝大多数的物质而言混合物的熔点低于纯物质的熔点。
例如NaCl的熔点为803℃，而50 %LICI-50 %AICl3(摩尔分数)组成的混合体系的熔点只有144℃。
如果再通过进一步增大阳离子或阴离子的体积和结构的不对称性，削弱阴阳离子间的作用力，就可以得到室温条件下的液体离子化合物。
根据这样的原理，1915年RH.Hurley和T.P Wiler首次合成了在环境温度下是液体状态的离子液体。
他们选择的阳离子是正乙基吡咤，合成出的离子液体是溴化正乙基吡咤和氯化铝的混合物。
但这拼中离子液体的液体温度范围还是相对比较狭窄的，而且，氯化铝离子液体遇水会放出氯化氢，对皮肤有束刺激作用。
直到1976年，美国Cblorado州立大学的Robert利用AICl3/[N-EtPy]Cl 作电解液，进行有机电化学研究时，发现这种室温离子液体是很好的电解液，能和有机物混溶，不含质子，电化学窗口较宽。
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室温纯离子溶液的电解工艺 摘要：本文介绍了室温离子的种类以及其特殊的性质和基于这些性质所存在的工业价值，在这里着重介绍了氯化铝型室温离子的物理里化学性质及在工业生产中所具有的优势。还介绍了一些其他金属的电沉积，其中包括铝、铝合金及其他金属和其他金属的合金。 关键词：室温熔盐 电沉积
Room Temperature Molten Salt Electrolysis Process
Abstract: This paper briefly describes the types of ions at room temperature, as well as their special nature and based on these properties the existence of industrial value, where highlights of aluminum chloride-based room temperature ionic chemical properties of the physical inside and in the industrial production of the advantages of . Also introduced a number of other electro-deposition of metals, including aluminum, aluminum alloy and other metals and other metal alloys. Key words: room temperature molten sal electro-deposition
1 前言 在实现绿色化学的研究中，寻找绿色反应溶剂和发现环境友好催化剂是主要研究方向之一。室温离子溶液）（RTILs）作为高效绿色溶剂已成为当代化学的科
学前沿和研究的热点]1[。 室温离子溶液又称室温熔盐，是一种完全由阴阳离子构成的，在室温或近于室温条件下呈液态的离子化合物。我们通常所知的离子化合物在室温下一般都是固体，强大的离子键使阴、阳离子在晶格上只能作振动，不能平动，阴阳离子之间的想、作用较强，一般具有较高的熔、沸点和硬度，如NaCl，其阴阳离子半径相似，在晶体中作最有效的紧密堆积，每个离子只能在晶格点阵中作振动或有限的摆动，熔点为804C。由此看来，离子液体通常应该在高温下存在。然而，如果把阴阳离子做得很大且又极不对称，由于空间阻碍，强大的静电力无法使阴阳离子在微观上作紧密堆积，使得阴阳离子在室温下不仅可以振动，甚至可以转动、平动，使整个有序的晶体结构遭到彻底破坏，离子之间作用力减小，晶格能减低从而使离子化合物的熔点下降，在室温下成为液态。这种通常称为RTILs。
2 室温离子溶液的概述
2.1室温离子液体的种类 目前已知的RTILs，按其阳离子来划分可分为季铵盐类、季磷盐类、烷基吡啶类和烷基咪唑类]2[；按阴离子可以分为金属类，如：AlCl4-、CuCl2-等，非金属类，如BF4-、PF6-、NO3-、ClCOO-、CH3COO-等；按路易斯（Lewis）酸性可以分为可调酸碱性的离子液体，如4AlCl(这类阴离子是由相应的酸制成的，一般对水和
空气不稳定），中性的离子液体，如BF4-、PF6-、ClO4-等]3[（这类阴离子是碱性的或中性的）。由各种阳离子和各种阴离子组合，可以得到一系列性质各异的RTILs。目前已报道的多为烷基咪唑阳离子和含氟阴离子构成的RTILs，约有40
种]1[。已知的RTILs的主要特点是阳离子较大且不对称，阴离子较小。
2.2室温离子液体的性质 RTILs一般都具有一些独特的性能，如较低的熔点、可调节的Lewis酸度、良好的导电性、宽的电化学窗口、可以忽略的蒸汽压、较宽的使用温度及特殊的溶解性等，而且其物理化学性质可通过对阳离子的修饰或改变阴离子进行调节，如RTILs四氟硼酸1-甲基3-乙基咪唑可与水混溶，而六氟磷酸1-甲基-3乙基咪唑则不与水混溶。某些不含水的RTILs不存在水化、水解、析氢等问题，具有不
腐蚀、污染小等绿色溶剂应具备的性质]3[。RTILs具有很多分子溶剂不可比拟的独特性能，被广泛应用于配位化学、电池、有机合成、催化、金属电沉积等方面。在传统的熔盐电解中，熔盐有较高的温度，腐蚀设备且操作麻烦，因此人们积极研究开发低温熔盐体系。此外室温纯离子溶液具有催化性能，是一类新型催化剂体系。
2.3 室温离子液体的应用 RTILs在室温下为无色透明的液体，作为溶剂有许多独特的优点：(1)可为化学反应提供不同于传统分子溶剂的环境，提高反应的选择性和转化率；（2）RTILs种类多，选择余地大；（3）将催化剂溶于RTILs中，与其一起循环使用，催化剂兼有均相催化效率高、多相催化易分离的优点；（4）产物的分离可用倾析、萃取、蒸馏等方法，因为RTILs无蒸汽压，液态温度范围宽，使分离易于进行；（5）RTILs作溶剂时化学反应可以是单相，选用亲水的离子液体可与有机相形成二相系；（6）具有非挥发性，用于高真空体系，可以减小因挥发而产生的环境污染。由于具有以上特点，RTILs被认为是理想的绿色高效溶剂，符合绿色化学的理念，现已应用于分离萃取过程和再有机合成反应中被用作反应溶剂和催化剂，在传统的熔盐电解中，熔盐有较高的温度，腐蚀设备且操作麻烦，因此人们积极研究开发低温熔盐体系。
3 室温离子中的电沉积
3.1 室温离子中铝的电沉积 Li Q F等人研究了金属铝在NaAlCl4室温离子液体中的电沉积]4[。他们所用的熔盐时NaCl和AlCl3在175°C形成的。在玻璃电极上，用伏安法、计时电流法和恒定电流法对沉积表面进行了研究。研究表明，随着电流密度的变化，能够得到三种不同类型的铝的沉积：在低电流密度下（小于0.7mA/cm2），得到的沉积成海绵状；在中等强度的电流密度下（mA/cm2）得到光滑、致密的沉积层；而在高电流密度下（大于15mA/cm2）得到树枝状的沉积。他们还讨论了不同类型沉积的形成原因。
在这里]9[]5[着重介绍在卤化铝、有机烷基吡啶铝、烷基咪唑鎓盐铝、三甲基苯胺氯化物等熔盐中铝的电沉积情况；介绍了熔盐的组成、铝电沉积时的电流密度、电流效率和沉积层的厚度等；在室温熔盐中铝的电沉积机理以及在工业生产总的应用前景。并总结了在室温熔盐中铝的电沉积机理，通常下列平衡存于AlCl3：MCl体系中，M为碱金属或有机鎓离子： 2AlCl4- Al2Cl7-+ Cl- （1） 碱性熔盐中，Al3+主要以AlCl4-的形式存在。然而在酸性熔盐中，Al3+主要以Al2Cl7-的形式存在。 在无机熔盐中，铝的沉积主要由AlCl4-或Al2Cl7-的放电。在碱性熔盐中，沉积反应为AlCl4－离子的放电： AlCl4-+3eAl+4C- （2） 在酸性熔盐中，沉积反应为Al2Cl7-放电： 4 Al2Cl7-+3eAl+7AlCl4- （3） 然而，在所有有机熔盐中，有机阴离子比AlCl4－的还原电位还负。MEIC- AlCl3
体系的电位滴定法和酸性熔盐中的电极重量分析法表明，阴极反应如反应（3）。
铝只能从酸性溶盐中沉积出来。在MEIC- AlCl3和BPC- AlCl3体系中，铝电沉积反应被认为是可逆的；逆向电流记时电位滴定研究表明，铝的电沉积要经历一个缓慢的腐蚀过程。其电沉积机理如下： A Al2Cl7- [ AlCl3……AlCl4] (4) 4[AlCl3……AlCl4-]+3eAl+7AlCl4- （5） Al + X 产物（腐蚀） （6） 其中X为有机阳离子或杂质。
3.2 室温离子熔盐中金属合金的电沉积
Cuomo J J和Gambino R J报道了用室温离子液体作为电解质，用外延生长法制备Gap合金。在室温离子液体中加入不同的惨杂物，可以改变Gap半导体的类型。试验中他们选用很多材料作为阴极，讨论了阴极材料对生成合金的影响。
经过试验他们得到了Gap半导体薄膜，并用电子显微镜观察了其结构]10[。 Carpenter M K等人发表了在室温离子液体GaCl3/EMIC中Ga-As的共沉积]11[。他们所用的室温离子溶液是GaCl3/EMIC体系，二者的摩尔比为40：60，然
后吧AsCl3溶解到其中，试验中选择铝电极为参比电极，铝在这种碱性的电解质中是相对稳定的。在0到-2.0v之间进行共沉积，并用X射线电子光谱对沉积表面进行了分析。他们还研究了多种电极材料对试验的影响，结果在玻碳电极上得到了很好的Ga-As半导体材料。
3.3 室温离子熔盐中其他金属的电沉积 Xu X H和Hussey C L发表了在酸性室温离子液体AlCl3/EMIC中，在四个不同的电极：铂、金、钨和玻碳电极上银的电沉积]12[。1993年，发表了关于在
AlCl3/EMIC室温离子液体中金属Sn的电化学研究]13[。他们用伏安法和计时电流法，研究了Sn（Ⅱ）和Sn（Ⅳ）在酸性的AlCl3/EMIC中、在多晶铂、金和玻碳电极上的电化学性质。发现在铂电极上Sn（Ⅱ）的还原并不是很复杂。而在玻碳电极上的还原却表现的很复杂，但与理论模型很一致，晶核的形成受到扩散控制。他们还研究了在AlCl3/EMIC这一体系中，汞在玻碳电极和钨电极上的电化学。 Chen P Y和Sun W发表了在室温离子液体EMIBF4中铜的电化学性质的研究。在实验中，他们把Cu（Ⅰ）氧化成Cu（Ⅱ），还把Cu（Ⅰ）还原为Cu，发现Cu（Ⅰ）氧化成Cu（Ⅱ）的过程是可逆过程。铜在铂电极上的沉积在地电位下就可以实现，而在玻碳电极上就需要较大的过电位。该室温离子液体可以在空气中直接使用。 Chen P Y和Sun W发表了在碱性的室温离子液体（Ⅱ）中，在玻碳、多晶
钨和铂电极上Cd（Ⅱ）的电化学性质和电沉积的研究]14[。电流滴定的试验表明CdCl2在室温离子液体EMIBF4中，Cd（Ⅱ）以[CdCl4]2-的形成存在，而且能够通过一步可逆的电子转移过程还原为金属Cd。另一方面，在有大量的Cl-出现时，Cd能够充分的溶解才、形成Cd2+。Cd的电沉积随着扩散控制的增长，有三维过程的成核作用逐渐形成。Cd的电沉积很纯，并很好附着在钨上。他们还对这一体系的其他物理化学性质进行了测定。
4 结束语 近年来研究在低温熔盐中电沉积下列合金很活跃；从室温离子液体中电沉积了Al-Cr、Al-Mn、Al-Nb、Al-Ni、Al-Cu、Cu-Zn等合金。有些室温离子液体常温下的电导率较低，使用时温度要高于100°C，因此研究150-200°C低温熔盐电沉积铝合金也不少，例如在NaCl-AlCl3熔盐中电沉积Al-Nb、Al-Ni、Al-Cu、Al-Mo、Al-Ta、Al-Co、Al-Fe。随着对室温离子液体研究的日趋深入，其在电化学上的应用越来越受到人们的关注。目前，对RTILs的研究还处于初级阶段，其应用还很有限，还需要进行深入细致的研究和探索，尤其要开展创新性的研究。随着研究的深入和创新性成果的不断涌现，RTILs的应用将更加广泛。充分研究和利用RTILs，可以使其形成一个面貌全新的绿色高科技产业。