專(zhuān)利名稱(chēng)：離子液體和含該離子液體的電流型氨氣傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
發(fā)明涉及一種親水性咪唑類(lèi)離子液體。本發(fā)明還涉及一種電流型氨氣傳感器，它以所述親水性咪唑類(lèi)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。
背景技術(shù)：
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(lèi)，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(lèi)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(lèi)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(lèi)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(zhuān)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(zhuān)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(zhuān)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(zhuān)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(zhuān)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(zhuān)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。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的發(fā)明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，本發(fā)明的一個(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。


圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)例的直接電流型氨氣傳感器的剖面圖；圖2是本發(fā)明一個(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是本發(fā)明實(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)施例方式本發(fā)明化學(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。在本發(fā)明的一個(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。在本發(fā)明的另一個(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)明本發(fā)明。如圖1所示，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)例中，本發(fā)明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、長(zhǎng)方體等。另外，用于形成殼體12的材料無(wú)特別的限制，可以是本領(lǐng)域已知的任何常規(guī)材料。例如，所述殼體12可以由聚合物(例如聚四氟乙烯、聚氯乙烯、尼龍等)、金屬(例如鋁、銅、不銹鋼等)、陶瓷等材料形成。工作電極所述工作電極24是本發(fā)明用于化學(xué)氨氣傳感器的常規(guī)工作電極。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)例中，所述工作電極24為一種氣體擴(kuò)散電極，由擴(kuò)散層和催化層組成。用于形成工作電極擴(kuò)散層的是一種多孔聚合物膜。這種多孔聚合物膜可以是本領(lǐng)域已知的任何多孔聚合物膜。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)例中，所述多孔聚合物膜是例如四氟乙烯(PTFE)膜。在所述工作電極24中所述多孔聚合物膜起氣體擴(kuò)散和密封電解液的作用。根據(jù)選擇的電解液親水親油性的不同，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可容易地選擇不同的防水或防油的多孔聚合物膜，所述工作電極的催化劑材料無(wú)特別的限制，可以是本領(lǐng)域適用于化學(xué)氨氣傳感器的任何已知的催化劑材料。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)例中，所述催化劑材料選自貴金屬催化劑，例如Pt、Ir等一元金屬催化劑和Pt-Ru、Ir-Pt等Pt基和Ir基二元合金催化劑。用于形成催化劑層的方法無(wú)特別的限制，可以是本領(lǐng)域已知的任何方法。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)例中，所述催化層的制造方法包括將催化劑粉末和粘合劑混合、將得到的混合物涂覆(例如刮刀涂覆)在作為擴(kuò)散層的聚合物膜(例如多孔聚四氟乙烯膜)上、在250-350°C，較好在270-320°C，更好在300°C溫度下熱處理1_3小時(shí)，較好熱處理1.5-2.5小時(shí)，更好熱處理2小時(shí)后制成。用于形成催化劑層的粘合劑無(wú)特別的限制，取決于使用的電解液親水親油性，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)電解液的親水親油性可容易地選自不同憎水或憎油性的粘合劑材料。合適的作為粘合劑的憎水性材料有例如聚乙烯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯等。所述工作電極的催化劑層可與電解液接觸可形成氣、固、液三相界面，從而保留足夠的氣孔以便使被測(cè)氣體能被傳遞到電極內(nèi)部各處、進(jìn)入覆蓋催化劑表面并與整體電解液相連通的薄液膜中，因而被測(cè)氣體很容易在催化劑表面發(fā)生電化學(xué)氧化或還原，形成微電流。參比電極和對(duì)電極所述參比電極20和/或?qū)﹄姌O16是本發(fā)明用于化學(xué)氨氣傳感器的常規(guī)參比電極和/或?qū)﹄姌O。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)例中，使用鉬金屬作為參比電極20和對(duì)電極16。電解液膜用于本發(fā)明電流型氨氣傳感器的電解液膜無(wú)特別的限制，可以是本領(lǐng)域已知的任何常規(guī)電解液膜。在本發(fā)明的一個(gè)較好實(shí)例中，所述電解液膜是玻璃纖維，它是本領(lǐng)域常用的電解液膜。電解質(zhì)溶液 本發(fā)明公開(kāi)的直接電流型氨氣傳感器采用離子液體作為電解質(zhì)溶液。由于離子液體使用濕度范圍寬，即使在低濕的環(huán)境中也不會(huì)干涸，從而消除了傳統(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)，由于離子液體性能穩(wěn)定，也解決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。本發(fā)明氨氣傳感器使用的離子液體具有下列通式:[R1 R2 Im] Y其中，R1是咪唑基團(tuán)的氮原子上的取代基，它是具有1-4個(gè)碳原子的烷基，較好是具有2-3個(gè)碳原子的烷基，例如，甲基(Me)、乙基、正丙基、異丙基、正丁基(Bu)、異丁基(Bu)和叔丁基(Bu)。R2是咪唑基團(tuán)的氮原子上的取代基，它是具有1-4個(gè)碳原子的烷基，較好是具有2-3個(gè)碳原子的燒基，例如，甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基和叔丁基。Y是陰離子基團(tuán)，它選自CF3S03_，X_，C3F7CO2和BF4_，其中，X是齒素陰離子，例如F_、Cl' Br_或者1_，較好為Cl—或者Br'在本發(fā)明的一個(gè)較好實(shí)例中，所述離子液體具有通式[BuMeIm]Y(N_甲基-N’ - 丁基咪唑化合物)。在本發(fā)明的另一個(gè)較好的實(shí)例中，所述離子液體具有通式[BuMelm] [BF4]。本發(fā)明氨氣傳感器測(cè)量的氨氣是一種堿性氣體，基本只能用堿性電解質(zhì)，如K0H、CsOH、或使用離子液體。也就是堿性氣體基本只能用堿性電解質(zhì)溶液。其反應(yīng)機(jī)理如下:NH3+30H_ — l/2N2+3H20+3e_l/202+H20+2e — 2 OH凈反應(yīng):2NH3+3/202— N2+3H20因此，本發(fā)明氨氣傳感器用離子液體代替堿性電解質(zhì)就非常重要。也就是為非堿電解質(zhì)，從而解決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。
在本發(fā)明氨氣傳感器的氧化還原反應(yīng)中，氨先氧化生成N2和質(zhì)子，質(zhì)子再轉(zhuǎn)移到對(duì)電極上與O2分子生成H2O,這個(gè)過(guò)程是通過(guò)陰離子(下面記為A_)在工作電極上的質(zhì)子化和該陰離子和質(zhì)子的復(fù)合物(下面記為HA)轉(zhuǎn)移到對(duì)電極上實(shí)現(xiàn)的，然后HA和O2分子在電極表面氧化生成H20。由于反應(yīng)生成了水，為使電極表面和電解液體系的穩(wěn)定,親水性的離子液體適合用于直接電流型氨氣傳感器的離子液體電解質(zhì)。另外，由于陰離子A_承擔(dān)了質(zhì)子轉(zhuǎn)移的工作，因此要求陰離子A_應(yīng)該符合以下條件: (1)穩(wěn)定性高,尤其是對(duì)水穩(wěn)定,不會(huì)發(fā)生水解，(2)體積不能過(guò)大，體積過(guò)大一方面會(huì)影響傳質(zhì)的速率，另一方面陰離子的大小和幾何形狀對(duì)離子液體的粘度也有很大的影響，體積小的陰離子組成的離子液體粘度較小。在本發(fā)明的一個(gè)較好實(shí)例中，采用1-丁基3-甲基咪唑四氟硼酸鹽[BuMelm] [BF4]作為直接電流型氨氣傳感器的離子液體的電解質(zhì)。在本發(fā)明中，離子液體中還可以加入添加劑，合適的添加劑的非限定性例子有，例如鹽類(lèi)，離子和電子導(dǎo)通聚合物，非親水性試劑等。在本發(fā)明的一個(gè)較好實(shí)例中，離子液體中加入的鹽可以為無(wú)機(jī)鹽:如LiCl、NaCl,CsCl、或LiClO4 ;加入的離子和電子導(dǎo)通聚合物可以為=PANi (聚苯胺)、PAAA (聚丙烯酸)、PAAM (聚丙烯酰胺)、PVDF (聚偏氟乙烯)、PEO (聚氧乙烯)、PAN(聚丙烯腈)等；非親水試劑可以是酯、鹵化烷烴、或芳香族化合物。在本發(fā)明中，離子液體既可以做成液體的電解質(zhì)溶液，也可以做成凝膠型的電解質(zhì)溶液，還可以做成固體膜型的電解質(zhì)溶液。 在本發(fā)明中，凝膠型的電解質(zhì)溶液可以是SiO2硅凝膠，也可以是凝膠聚合物電解質(zhì)(GPE,Gel polymer electrolyte,);固體膜型的電解質(zhì)溶液可是以固體聚合物電解質(zhì)膜(SPE)膜，Nafion 膜等。下面，結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。實(shí)施例1.測(cè)暈靈敏度靈敏度等于測(cè)試氣體的響應(yīng)信號(hào)值減去空氣響應(yīng)信號(hào)值，然后這個(gè)差值除以氣體的濃度。單位是微安/ppm。2.測(cè)暈值T90等于信號(hào)到達(dá)待測(cè)氣體響應(yīng)值的90%的時(shí)間減去剛通氣的時(shí)間，差值就是T90，單位是秒。實(shí)施例1制各工作電極將0.15克平均粒徑為80納米的40% Pt-Ru加入0.15克石墨，混合后將得到的混合物加入0.005克聚四氟乙烯乳液(購(gòu)自Dubon)中，得到糊漿。將得到的糊漿涂覆在多孔聚四氟乙烯膜(3890型，購(gòu)自Dubon)表面上，在300°C溫度下加熱干燥2小時(shí)，制成作為工作電極的貴金屬催化多孔電極。制備氨氣傳感器如圖1所示裝配氨氣傳感器，其中的殼體12為聚四氟乙烯殼體，采用Pt黑電極作為參比電極和對(duì)電極，采用上面制得的貴金屬催化多孔電極作為工作電極。加入1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽作為電解質(zhì)，組裝成直接電流型氨氣傳感器。將制得直接電流型氨氣傳感器安裝在Labview測(cè)量設(shè)備(Labview 7.0,購(gòu)自National Instruments Corporation)上，通入30ppm的氨氣，在常溫測(cè)量條件下測(cè)量，結(jié)果響應(yīng)電流為3 iiA，響應(yīng)時(shí)間為60s。其電流-響應(yīng)時(shí)間曲線如圖2所示。實(shí)施例2制各工作電極將0.18克平均粒徑為80納米的40% Pt-Ru加入0.2克炭黑(Vx_72C)，混合后將得到的混合物加入0.005克聚四氟乙烯乳液(購(gòu)自Dubon)中，得到糊漿。將得到的糊漿涂覆在多孔聚四氟乙烯膜(3890型號(hào)，購(gòu)自Dubon)表面上，在300°C溫度下加熱干燥2小時(shí)，制成作為工作電極的貴金屬催化多孔電極。制備氨氣傳感器如圖1所示裝配氨氣傳感器，其中的殼體12為聚四氟乙烯殼體，采用Pt黑電極作為參比電極和對(duì)電極，采用上面制得的貴金屬催化多孔電極作為工作電極。加入1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽作為電解質(zhì)，組裝成直接電流型氨氣傳感器。將制得直接電流型氨氣傳感器安裝在Labview測(cè)量設(shè)備(Labview 7.0,購(gòu)自National Instruments Corporation)上，通入30ppm的氨氣，在常溫測(cè)量條件下測(cè)量，結(jié)果響應(yīng)電流為2.5 ii A，響應(yīng)時(shí)間為80s。實(shí)施例3
制各工作電極將0.2克平均粒徑為80納米的40% Pt-1r加入0.1 0.2克石墨，混合后將得到的混合物加入0.005克聚四氟乙烯乳液(購(gòu)自Dubon)中，得到糊漿。將得到的糊漿涂覆在多孔聚四氟乙烯膜(3890型號(hào)，購(gòu)自Dubon)表面上，在280°C溫度下加熱干燥2小時(shí)，制成作為工作電極的貴金屬催化多孔電極。制備氨氣傳感器如圖1所示裝配氨氣傳感器，其中的殼體12為聚四氟乙烯殼體，采用Pt黑電極作為參比電極和對(duì)電極，采用上面制得的貴金屬催化多孔電極作為工作電極。加入1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸鹽作為電解質(zhì)，組裝成直接電流型氨氣傳感器。將制得直接電流型氨氣傳感器安裝在Labview測(cè)量設(shè)備(Labview 7.0,購(gòu)自National Instruments Corporation)上，通入30ppm的氨氣，在常溫測(cè)量條件下測(cè)量，結(jié)果響應(yīng)電流為2.8 ii A，響應(yīng)時(shí)間為70s。實(shí)施例5制各工作電極將0.12克平均粒徑為80納米的40% Pt-1r加入0.15克石墨，混合后將得到的混合物加入0.005克聚四氟乙烯乳液(購(gòu)自Dubon)中，得到糊漿。將得到的糊漿涂覆在多孔聚四氟乙烯膜(3890型號(hào)，購(gòu)自Dubon)表面上，在300°C溫度下加熱干燥2小時(shí)，制成作為工作電極的貴金屬催化多孔電極。制備氨氣傳感器如圖1所示裝配氨氣傳感器，其中的殼體12為聚四氟乙烯殼體，采用Pt黑電極作為參比電極和對(duì)電極，采用上面制得的貴金屬催化多孔電極作為工作電極。加入1-丙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸鹽作為電解質(zhì)，組裝成直接電流型氨氣傳感器。將制得直接電流型氨氣傳感器安裝在Labview測(cè)量設(shè)備(Labview 7.0,購(gòu)自National Instruments Corporation)上，通入30ppm的氨氣，在常溫測(cè)量條件下測(cè)量，結(jié)果響應(yīng)電流為2.3 ii A，響應(yīng)時(shí)間為85s。實(shí)施例6制各工作電極將0.18克平均粒徑為80納米的40% Pt-Ru加入0.11克石墨，混合后將得到的混合物加入0.005克聚四氟乙烯乳液(購(gòu)自Dubon)中，得到糊漿。將得到的糊漿涂覆在多孔聚四氟乙烯膜(3890型號(hào)，購(gòu)自Dubon)表面上，在300°C溫度下加熱干燥2小時(shí)，制成作為工作電極的貴金屬催化多孔電極。制備氨氣傳感器如圖1所示裝配氨氣傳感器，其中的殼體12為聚四氟乙烯殼體，采用Pt黑電極作為參比電極和對(duì)電極，采用上面制得的貴金屬催化多孔電極作為工作電極。加入1-甲基-3- 丁基咪唑四氟硼酸鹽作為電解質(zhì)，組裝成直接電流型氨氣傳感器。將制得直接電流型氨氣傳感器安裝在Labview測(cè)量設(shè)備(Labview 7.0,購(gòu)自National Instruments Corporation)上，通入30ppm的氨氣，在常溫測(cè)量條件下測(cè)量，結(jié)果響應(yīng)電流為3.1 ii A，響應(yīng)時(shí)間為65s。實(shí)施例7制各工作電極將0.15克平均粒徑為80納米的40% Pt-Ru加入0.11克石墨，混合后將得到的混合物加入0.005克聚四氟乙烯乳液(購(gòu)自Dubon)中，得到糊漿。將得到的糊漿涂覆在多孔聚四氟乙烯膜(3890型號(hào)，購(gòu)自Dubon)表面上，在300°C溫度下加熱干燥2小時(shí)，制成作為工作電極的貴金屬催化多孔電極。制備氨氣傳感器如圖1所示裝配氨氣傳感器，其中的殼體12為聚四氟乙烯殼體，采用Pt黑電極作為參比電極和對(duì)電極，采用上面制得的貴金屬催化多孔電極作為工作電極。加入1-乙基-3-丙基咪唑四氟硼酸鹽作為電解質(zhì)，組裝成直接電流型氨氣傳感器。將制得直接電流型氨氣傳感器安裝在Labview測(cè)量設(shè)備(Labview 7.0,購(gòu)自National Instruments Corporation)上，通入30ppm的氨氣，在常溫測(cè)量條件下測(cè)量，結(jié)果響應(yīng)電流為3.2 ii A，響應(yīng)時(shí)間為68s。實(shí)施例8制備工作電極將0.2克平均粒徑為80納米的40% Pt-Ru加入0.2克石墨，混合后將得到的混合物加入0.005克聚四氟乙烯乳液(購(gòu)自Dubon)中，得到糊漿。將得到的糊漿涂覆在多孔聚四氟乙烯膜(3890型號(hào)，購(gòu)自Dubon)表面上，在300°C下加熱干燥2小時(shí)，制成作為工作電極的貴金屬催化多孔電極。制備氨氣傳感器如圖1所示裝配氨氣傳感器 ，其中的殼體12為聚四氟乙烯殼體，采用Pt黑電極作為參比電極和對(duì)電極，采用上面制得的貴金屬催化多孔電極作為工作電極。加入1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽作為電解質(zhì)，組裝成直接電流型氨氣傳感器。將制得直接電流型氨氣傳感器安裝在Labview測(cè)量設(shè)備(Labview 7.0,購(gòu)自National Instruments Corporation)上，通入35ppm的氨氣，在300mV偏壓下在常溫測(cè)量條件下在通氣350秒后，測(cè)量傳感器的靈敏度和T90值。結(jié)果如圖3中的曲線IL(上方那條IL曲線)以及下表所示。實(shí)施例9制備工作電極將0.2克平均粒徑為80納米的40% Pt-Ru加入0.2克石墨，混合后將得到的混合物加入0.005克聚四氟乙烯乳液(購(gòu)自Dubon)中，得到糊漿。將得到的糊漿涂覆在多孔聚四氟乙烯膜(3890型號(hào)，購(gòu)自Dubon)表面上，在300°C下加熱干燥2小時(shí)，制成作為工作電極的貴金屬催化多孔電極。制備氨氣傳感器如圖1所示裝配氨氣傳感器，其中的殼體12為聚四氟乙烯殼體，采用Pt黑電極作為參比電極和對(duì)電極，采用上面制得的貴金屬催化多孔電極作為工作電極。加入1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽作為電解質(zhì)，組裝成直接電流型氨氣傳感器。將制得直接電流型氨氣傳感器安裝在Labview測(cè)量設(shè)備(Labview 7.0,購(gòu)自National Instruments Corporation)上，通入40ppm的氨氣，在300mV偏壓下在常溫測(cè)量條件下在通氣350秒后，測(cè)量傳感器的靈敏度和T90值。結(jié)果如圖3中的曲線IL(下方那條IL曲線)以及下表所示。比較例I制備工作電極將0.2克平均粒徑為80納米的40% Pt-Ru加入0.2克石墨，混合后將得到的混合物加入0.005克聚四氟乙烯乳液(購(gòu)自Dubon)中，得到糊漿。將得到的糊漿涂覆在多孔聚四氟乙烯膜(3890型號(hào)，購(gòu)自Dubon)表面上，在300°C下加熱干燥2小時(shí)，制成作為工作電極的貴金屬催化多孔電極。制備氨氣傳感器如圖1所示裝配氨氣傳感器，其中的殼體12為聚四氟乙烯殼體，采用Pt黑電極作為參比電極和對(duì)電極，采用上面制得的貴金屬催化多孔電極作為工作電極。加入1-正戊基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽作為電解質(zhì)，組裝成直接電流型氨氣傳感器。將制得直接電流型氨氣傳感器安裝在Labview測(cè)量設(shè)備(Labview 7.0,購(gòu)自National Instruments Corporation)上，通入35ppm的氨氣，在300mV偏壓下在常溫測(cè)量條件下在通氣350秒后測(cè)量傳感器的靈敏度和T9tl值，結(jié)果如圖3 (下方那條標(biāo)為other的曲線)。比較例2制各工作電極將0.2克平均粒徑為80納米的40% Pt-Ru加入0.2克石墨，混合后將得到的混合物加入0.005克聚四氟乙烯乳 液(購(gòu)自Dubon)中，得到糊漿。將得到的糊漿涂覆在多孔聚四氟乙烯膜(3890型號(hào)，購(gòu)自Dubon)表面上，在300°C下加熱干燥2小時(shí)，制成作為工作電極的貴金屬催化多孔電極。制備氨氣傳感器如圖1所示裝配氨氣傳感器，其中的殼體12為聚四氟乙烯殼體，采用Pt黑電極作為參比電極和對(duì)電極，采用上面制得的貴金屬催化多孔電極作為工作電極。加入1-正戊基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽作為電解質(zhì)，組裝成直接電流型氨氣傳感器。將制得直接電流型氨氣傳感器安裝在Labview測(cè)量設(shè)備(Labview 7.0,購(gòu)自National Instruments Corporation)上，通入40ppm的氨氣，在300mV偏壓下在常溫測(cè)量條件下在通氣350秒后測(cè)量傳感器的靈敏度和T9tl值，結(jié)果如圖3 (上方那條標(biāo)為other的曲線)。表I氨氣傳感器的靈敏度和T9tl數(shù)據(jù)
權(quán)利要求
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.按權(quán)利要求3所述的離子液體,其特征在于它是[BuMelm][BF4]。
5.一種電化學(xué)氨氣傳感器(10),它包括: 殼體(12)，殼體(12)具有內(nèi)部空腔，所述內(nèi)部空腔包含貯存有離子液體的電解質(zhì)槽(14)； 對(duì)電極(16)； 參比電極(20);和 工作電極(24)， 所述對(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)； 其特征在于所述離子液體是權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的離子液體。
6.按權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的離子液體在作為電化學(xué)氨氣傳感器電解液中的用途。
全文摘要
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。
文檔編號(hào)G01N27/404GK103086976SQ20111033488
公開(kāi)日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2011年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月28日
發(fā)明者陸天虹, 韓益蘋(píng), 唐亞文, 謝雷, 王金遂, 魏娜, 于玉忠, 周華方 申請(qǐng)人:華瑞科學(xué)儀器(上海)有限公司