[发明专利]离子液体和含该离子液体的电流型氨气传感器

说明书

技术领域

发明涉及一种亲水性咪唑类离子液体。本发明还涉及一种电流型氨气传感器，它以所述亲水性咪唑类离子液体作为电解质，解决了传统氨气传感器使用碱性电解液易爬碱，易漏液，电解结构易破坏的问题。 

背景技术

离子液体是由有机阳离子和无机或有机阴离子构成的、在室温或室温附近温度下呈液体状态的盐类，是完全由离子组成的液态电解质。离子液体的有机阳离子主要是季铵离子、咪唑离子(记为Im⁺)、吡啶离子(记为py⁺)等。研究较多的离子液体的阴离子有BF₄^-、PF₆^-，还有OTf-(CF₃SO₃^-)、CF₃COO^-、C₃F₇COO^-、N(C₂F₅SO₂)^2-、及PO₄^-、NO₃^-等。 

离子液体和通常的电解液相比具有一系列独特优点，例如： 

(1)具备其它电解液不同时具有的高离子导电率，宽电势窗口，无明显蒸汽压，不挥发，可用于高真空体系； 

(2)呈液态的温度区间大，可达300℃； 

(3)热稳定、电化学稳定、不易燃、可传热、可流动； 

(4)可以通过对阴阳离子的设计可调节对无机物、水、有机物和聚合物的溶解性，以适应不同的研究体系； 

(5)可以和聚合物形成凝胶制成离子液体聚合物固体电解质。 

因而使用离子液体作为电解质的气体传感器相较于现有的气体传感器，还可以应用于以下几种环境中： 

(1)湿度范围大的，尤其是低湿的环境； 

(2)高空气流速的环境； 

(3)温度较高的环境。 

N，N’-二烷基咪唑类离子液体在很大电势范围内是电化学惰性的，是目前所知综合性能最佳的离子液体。N，N’-二烷基咪唑类离子液体的溶解性也有一定的规律。就N，N’-二烷基咪唑类离子的阳离子[R₁R₂Im]⁺而言，该阳离子上的烷基取代基 R₁和R₂的链长会影响该离子液体的亲水亲油性。对[RMeIm][BF₄]而言，在25℃，烷基R(C_nH_2n-1)的n＞5时，离子液体不溶于水；而当n≤5时，离子液体则与水相混溶。一般离子液体的疏水性随着阳离子烷基链长的增加而逐渐增大。阴离子对离子液体溶解性的影响可由水在含相同阳离子[BuMeIm]⁺的离子液体中的溶解性来推测，现有技术已知[BuMeIm][CF₃SO₃]、[BuMeIm][CF₃CO₂]和[BuMeIm][C₃F₇CO₂]与水是充分混溶的，而[BuMeIm][PF₆]、[BuMeIm][(CF₃SO₂)₂N]则与水则形成两相混合物。 

由于离子液体用作支持电解质的诸多优势，国内外已经开展了一些关于离子体液应用于气体传感的开发研究。 

例如，蔡琪等(蔡琪，鲜跃仲等，采用离子液体的SO2电化学传感器的研究，华东师范大学学报，2001，9(3))利用离子液体吸水后电导增加的原理将一种离子液体N-甲基咪唑四氟硼酸盐[MeIm][BF₄]作为支持电解质用于SO₂气体传感器的构置。 

Lee等(Lee J.K.Kim M.J.J.Org.Chem.2002，67：68456847)成功合成了一种离子液体用于构筑乙醇传感器，响应时间为336s，检出限为0.1％(V/V)。