离子液体传感器中气体电化学行为研究

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1、西安建筑科技大学硕士学位论文离子液体传感器中气体电化学行为研究专业：化学工艺硕士生：张娱藤指导老师：薛娟琴教授摘要随着现代工业的迅速发展，除了氧气、氮气等传统工业气体，许多气体包括氢气、二氧化碳及臭氧气体等也得以广泛应用。这些气体各自具有多种优良特性，广泛应用于日常工业生产生活当中。然而当其与传统气体混合存在并且含量超过一定浓度范围时，则会对人类生活及环境产生不可小觑的危害，因而检测它们在空气环境中的含量具有重要研究意义。电化学气体传感器以其体积小、灵敏度高、能够实现实时检测等优点在气体浓度检测中应用前景广泛；离子液体作为一种绿色、“可调节性溶剂”，以其电化学窗口宽、蒸汽

2、压低及不易挥发等优良特性，在气体传感器中可用作电解质溶液。本文围绕基于室温离子液体的电化学多气体传感器的电化学性能作为研究重点，以氢气/氧气、二氧化碳/氧气及臭氧气体体系作为研究对象，对于混合双气体在电化学传感器中的电化学行为变化规律进行了研究，并取得一些初步研究成果如下：(1)利用循环伏安法和计时安培电流法研究了不同离子液体[Bmpy][NTf2]和[Bmim][NTf2]中不同气体（H2，O2和O3）的电化学行为，结果发现：相比于[Bmim][NTf2]，[Bmpy][NTf2]中气体的灵敏度更高，响应更好。因此，[Bmpy][NTf2]是一种优良的电解质溶液，可为后

3、续电化学传感研究工作提供基础。(2)H2/O2体系在室温离子液体[Bmpy][NTf2]电化学传感器中的电化学行为及变化规律并对传感器性能包括灵敏性及稳定性进行表征，结果发现：H2的氧化电位在0.4V左右，O2的还原电位在-1.2V左右。H2/O2体系的电化学信号与电位及气体浓度均呈线性正比关系，且进一步发现，在正电位时，由于氢氧耦合反应，在正电位时候加入的O+2会与H发生还原反应从而降低H2的电化学信号，在负电位时候加入的H-2会与O2发生氧化反应从而降低O2的电化学信号。此外，该H2/O2传感器的误差在0.7-0.8nA范围，重现性较好。(3)研究了不同浓度O2对CO

4、2/O2电化学传感器电化学行为的影响，考察了该西安建筑科技大学硕士学位论文体系在室温离子液体[Bmpy][NTf2]电化学传感器中的电化学信号变化规律并对该传感器性能包括灵敏性及稳定性进行表征，结果表明：CO2的还原电位在-2.4V左右，CO2/O2体系的电化学信号与施加电位及O2浓度均呈线性正比关系，且发现CO-2的加入会与O2进一步发生还原反应，从而提高O2的电化学信号。研究结果发现该传感器的灵敏性及稳定性较高，误差在0.2-0.5nA范围之内。关键词：离子液体电化学传感器；氢气；氧气；二氧化碳；臭氧论文类型：研究型西安建筑科技大学硕士学位论文Electrochemi

5、calBehaviourofGasesinIonicLiquidSensorSpecialty:ChemicalTechnologyAuthor:ZhangYutengSupervisor:Prof.XueJuanqinAbstractWiththerapiddevelopmentofmordenindustry,exceptfortheconventionalindustrialgasessuchasoxygenandnitrogen,manyothergasesincludinghydrogen,carbondioxideandozonehavebeenwidelyu

6、sedindailylifeandindustryduetotheirexcellentproperties.However,theycouldalsocauseseveredamagetohumanbeingsandenvironmentwhentheymixedwithconventionalgasesandtheirgascontentbeyondacertainconcentrationrange.Thus,thedeterminationofthesegaseshasgreatresearchsignificance.Electrochemicalgassens

7、orshasprofoundapplicationprospectingasdetectionbecauseofitssmallvolume,highsensitivityandreal-timedetection,etc.Ionicliquidscouldbeappliedaselectrolytesinceithasmanyexcellentcharacteristicssuchaslargeelectrochemicalwindow,lowvaporpressureandlowvolatility.Thisthesisf