離子液體和含該離子液體的電流型氨氣傳感器制造技術(shù)

公開(kāi)了一種離子液體，它具有下列通式[R1?R2?Im]Y：其中，R1是氮原子上的取代基，它是具有1-4個(gè)碳原子的烷基；R2是氮原子上的取代基，它是具有1-4個(gè)碳原子的烷基；Y是陰離子基團(tuán)，它選自CF3SO3-，X-，C3F7CO2和BF4-。還公開(kāi)了含所述離子液體的電化學(xué)氨氣傳感器。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

專利技術(shù)涉及一種親水性咪唑類離子液體。本專利技術(shù)還涉及一種電流型氨氣傳感器，它以所述親水性咪唑類離子液體作為電解質(zhì)，解決了傳統(tǒng)氨氣傳感器使用堿性電解液易爬堿，易漏液，電解結(jié)構(gòu)易破壞的問(wèn)題。
技術(shù)介紹
離子液體是由有機(jī)陽(yáng)離子和無(wú)機(jī)或有機(jī)陰離子構(gòu)成的、在室溫或室溫附近溫度下呈液體狀態(tài)的鹽類，是完全由離子組成的液態(tài)電解質(zhì)。離子液體的有機(jī)陽(yáng)離子主要是季銨離子、咪唑離子(記為Im+)、吡啶離子(記為py+)等。研究較多的離子液體的陰離子有BF4'PF6^，還有 OTf-(CF3SO3O、CF3COCT、C3F7COCT、N (C2F5SO2) 2_、及 PO;、NOf 等。離子液體和通常的電解液相比具有一系列獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，例如:(I)具備其它電解液不同時(shí)具有的高離子導(dǎo)電率，寬電勢(shì)窗口，無(wú)明顯蒸汽壓，不揮發(fā)，可用于高真空體系；(2)呈液態(tài)的溫度區(qū)間大，可達(dá)300°C ；(3)熱穩(wěn)定、電化學(xué)穩(wěn)定、不易燃、可傳熱、可流動(dòng)；(4)可以通過(guò)對(duì)陰陽(yáng)離子的設(shè)計(jì)可調(diào)節(jié)對(duì)無(wú)機(jī)物、水、有機(jī)物和聚合物的溶解性，以適應(yīng)不同的研究體系；(5)可以和聚合物形成凝膠制成離子液體聚合物固體電解質(zhì)。因而使用離子液體作為電解質(zhì)的氣體傳感器相較于現(xiàn)有的氣體傳感器，還可以應(yīng)用于以下幾種環(huán)境中:(I)濕度范圍大的，尤其是低濕的環(huán)境；(2)高空氣流速的環(huán)境；(3)溫度較高的環(huán)境。N, N’ -二烷基咪唑類離子液體在很大電勢(shì)范圍內(nèi)是電化學(xué)惰性的，是目前所知綜合性能最佳的離子液體。N，N’ - 二烷基咪唑類離子液體的溶解性也有一定的規(guī)律。就N，N’ - 二烷基咪唑類離子的陽(yáng)離子[R1R2Im]+而言，該陽(yáng)離子上的烷基取代基&和1 2的鏈長(zhǎng)會(huì)影響該離子液體的親水親油性。對(duì)[RMelm] [BF4]而言，在25°C，烷基R(CnH2lri)的η > 5時(shí)，離子液體不溶于水；而當(dāng)η ( 5時(shí)，離子液體則與水相混溶。一般離子液體的疏水性隨著陽(yáng)離子烷基鏈長(zhǎng)的增加而逐漸增大。陰離子對(duì)離子液體溶解性的影響可由水在含相同陽(yáng)離子[BuMeIm]+的離子液體中的溶解性來(lái)推測(cè),現(xiàn)有技術(shù)已知[BuMelm] [CF3SO3]、[BuMeIm][CF3CO2]和[BuMelm] [C3F7CO2]與水是充分混溶的，而[BuMelm] [PF6]、[BuMelm] [ (CF3SO2) 2N]則與水則形成兩相混合物。由于離子液體用作支持電解質(zhì)的諸多優(yōu)勢(shì)，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)開(kāi)展了一些關(guān)于離子體液應(yīng)用于氣體傳感的開(kāi)發(fā)研究。 例如，蔡琪等(蔡琪，鮮躍仲等，采用離子液體的S02電化學(xué)傳感器的研究，華東師范大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，9(3))利用離子液體吸水后電導(dǎo)增加的原理將一種離子液體N-甲基咪唑四氟硼酸鹽[Melm] [BF4]作為支持電解質(zhì)用于SO2氣體傳感器的構(gòu)置。Lee 等(Lee J.K.Kim M.J.J.0rg.Chem.2002,67:68456847)成功合成了一種離子液體用于構(gòu)筑乙醇傳感器，響應(yīng)時(shí)間為336s，檢出限為0.1% (V/V)。Wang等(Han J Y,Huang X,ffang H.Chemical Industry and Engineering (HuaxueGongye yu Gongcheng), 2005, 22 (I):62-66)利用離子液體與多孔聚乙烯混合物構(gòu)置了安培型O2傳感器，具有響應(yīng)時(shí)間短，靈敏度高，重現(xiàn)性好，易于微型化等優(yōu)點(diǎn)。R6hrl等在美國(guó)專利US 7，060，169 B2中提出了以Ag電極為工作電極，1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸鹽([EtMeIm] [CF3SO3])為電解質(zhì)組裝成氣體傳感器，用于H2S氣體的檢測(cè)。Hengstenberg等在美國(guó)專利2006/0249382A1中提出在離子液體中加入聚合物(如PVDF)制成凝膠型離子液體聚合物，可應(yīng)用于開(kāi)放體系的電化學(xué)傳感器的構(gòu)置。由于氨氣在工業(yè)上有著廣泛的應(yīng)用，且氨氣的毒性較大，即使是微量的濃度也會(huì)對(duì)人體造成危害.因此，對(duì)工作和居住環(huán)境中氨氣的監(jiān)測(cè)具有重要意義。目前，電流型氨氣傳感器大多使用水溶液作為電解質(zhì)。Hobbs等在美國(guó)專利5，234，567中以鹽溶液為電解質(zhì)利用氨氣溶于水呈堿性的特性引入了測(cè)量碘氧化還原所產(chǎn)生的電流的方法用于氨氣的檢測(cè)，是一種間接檢測(cè)氨氣的方法，反應(yīng)也會(huì)消耗溶液中的碘，因而這種氨氣傳感器的壽命短、穩(wěn)定性差。Kieseles等在美國(guó)專利5，344，546中描述了一種以貴金屬氧化物為工作電極,鹽溶液如Cu (NO3) 2、LiNO3等為電解質(zhì)的氨氣傳感器。Kosek等的美國(guó)專利5，527，446提出了一種以Pt為催化劑，陽(yáng)離子質(zhì)子交換膜為固體電解液的氨氣傳感器。陽(yáng)離子質(zhì)子交換膜雖然具有良好的H+導(dǎo)電性，但膜中必須有足夠的水分子存在才能保證它的導(dǎo)電性，于是Kosek等在傳感器設(shè)計(jì)中加了一個(gè)水槽，用以調(diào)節(jié)傳感器工作所需的濕度條件，并沒(méi)有真正實(shí)現(xiàn)電解質(zhì)的固體化。因此，尋找有抗干涸能力的電解質(zhì)是電流型氨氣傳感器亟待解決的問(wèn)題。Botte等在美國(guó)專利2005/0211569 Al中，大量研究了 NH3在堿性電解液中不同貴金屬催化劑上的表現(xiàn)。由于傳統(tǒng)的堿性電解液特別容易爬堿，所以傳感器易漏液。而且，堿會(huì)與空氣中CO2反應(yīng)生成碳酸鹽，碳酸鹽在電極上結(jié)晶析出等問(wèn)題，會(huì)破壞電極的結(jié)構(gòu)，使得傳感器性能降低，傳感器壽命縮短。因此，需要尋找一種氨氣傳感器，這種氨氣傳感器解決了以上傳統(tǒng)氨氣傳感器使用水溶液體系，鹽溶液體系易干涸的問(wèn)題；同時(shí)，這種氨氣傳感器還解決了使用堿性電解液易爬堿，易漏液，電解結(jié)構(gòu)易破壞的問(wèn)題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的專利技術(shù)目的是提供一種氨氣傳感器，它不具有傳統(tǒng)使用水溶液體系氨氣傳感器的上述缺陷。因此，本專利技術(shù)的一個(gè)方面是提供一種直接電流型氨氣傳感器，它包括傳感器殼體和至少兩個(gè)電極，所述傳感器殼體具有進(jìn)氣口、電極裝配層、電解液槽和貯存于所述電解液槽內(nèi)作為電解液的離子液體，其特征 在于所述離子液體具有下列通式:[R1 R2 Im] Y其中，R1和R2各自是咪唑基團(tuán)的氮原子上的取代基，它們各自是具有1-4個(gè)碳原子的烷基；Y 是陰離子基團(tuán)，它選自 CF3S03_，X_，C3F7CO2 和 BF4_ ；X是鹵素。附圖說(shuō)明圖1是本專利技術(shù)一個(gè)實(shí)例的直接電流型氨氣傳感器的剖面圖；圖2是本專利技術(shù)一個(gè)實(shí)例的直接電流型氨氣傳感器的典型響應(yīng)曲線；圖3是本專利技術(shù)實(shí)施例8和比較例I在通入氨氣350秒后的響應(yīng)曲線的比較具體實(shí)施例方式本專利技術(shù)化學(xué)氨氣傳感器可以具有本領(lǐng)域已知的化學(xué)氨氣傳感器的構(gòu)造，它包括至少兩個(gè)電極，可以有兩個(gè)電極或三個(gè)電極。在本專利技術(shù)的一個(gè)實(shí)例中，所述化學(xué)氨氣傳感器具有兩個(gè)電極，即工作電極和對(duì)電極。在本專利技術(shù)的另一個(gè)實(shí)例中，所述化學(xué)氨氣傳感器具有三個(gè)電極，即工作電極、對(duì)電極和參比電極。下面以具有三個(gè)電極的化學(xué)氨氣傳感器為例詳細(xì)說(shuō)明本專利技術(shù)。如圖1所示，在本專利技術(shù)的一個(gè)實(shí)例中，本專利技術(shù)直接電流型氨氣傳感器10包含一個(gè)殼體12，殼體12具有內(nèi)部空腔。殼體的內(nèi)部空腔包含:一個(gè)貯存離子液體的電解質(zhì)槽14，對(duì)電極16，參比電極20和工作電極24，對(duì)電極和參比電極由電解液膜18隔開(kāi)，對(duì)參比電極和工作電極由電解液膜22隔開(kāi)。 殼體殼體12的形狀無(wú)特別的限制，可以是本領(lǐng)域已知的任何常規(guī)形狀，例如，它可以是正方體本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種離子液體，它具有下列通式：[R1?R2?Im]Y其中，R1是氮原子上的取代基，它是具有1?4個(gè)碳原子的烷基；R2是氮原子上的取代基，它是具有1?4個(gè)碳原子的烷基；Y是陰離子基團(tuán)，它選自CF3SO3?，X?，C3F7CO2和BF4?，其中，X是鹵素。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種離子液體，它具有下列通式:[R1 R2 Im] Y 其中，R1是氮原子上的取代基，它是具有1-4個(gè)碳原子的烷基； R2是氮原子上的取代基，它是具有1-4個(gè)碳原子的烷基； Y是陰離子基團(tuán)，它選自CF3S03_，X_，C3F7CO2和BF4_，其中，X是鹵素。2.按權(quán)利要求1所述的離子液體，其特征在于R1是選自甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基和叔丁基； R2選自甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基和叔丁基。3.按權(quán)利要求1或2所述的離子液體,其特征在于它是[BuMeIm]Y。4...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：陸天虹，韓益蘋(píng)，唐亞文，謝雷，王金遂，魏娜，于玉忠，周華方，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：華瑞科學(xué)儀器上海有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：