分子动力学模拟咪唑型离子液体/石墨电极的界面结构与电容性质

【作者】 刘晓红； 言天英；

【机构】 南开大学材料科学与工程学院；

【摘要】 采用分子动力学方法研究了温度对BMIM⁺/PF₆^-/石墨电极的双电层（EDL）结构及微分电容（C_d）的影响。模拟发现:BMIM⁺/PF₆^-/石墨体系的微分电容-电势（C_d-U）曲线整体呈不对称的"双峰形",且C_d的最大值在负电势下随着温度的升高单调递减,而在正电势下则是从450 K到550 K时升高,而到600 K时降低,可归因于升高温度,使BMIM⁺的特性吸附减弱,从而使负电势下的双电层变厚,而正电势下则为两种效应竞争的结果,即升高温度,一方面会造成BMIM⁺的特性吸附减弱,进而使PF₆^-对带正电荷的电极的屏蔽更加有效;另一方面,升高温度又会增加双电层的厚度。从C_d-U曲线可知:在450,500和550 K时前者占主导,而在600 K时则为后者起主要作用。针对BMIM⁺阳离子和石墨之间的特性吸附现象,设计研究了在两者之间施加不同的排斥作用对BMIM⁺/PF₆^-/石墨的双电层结构的影响。发现:当石墨电极与BMIM⁺/PF₆^-之间的相互排斥作用较弱时,BMIM⁺倾向于平铺于电极表面,增大排斥时,BMIM⁺则倾向于呈倾斜状态,故EDL越厚,且负电势侧与正电势侧相比,相同的排斥下,负电势侧的双电层更薄,使其C_d-U曲线呈不对称的"双峰形"。接着,采用分子动力学方法研究了具有相同阳离子BMIM⁺,阴离子为FSI^-与Tf^-的离子液体/石墨电极的双电层结构及C_d。发现:BMIM⁺/FSI^-的C_d-U曲线呈不对称的"双峰形",零电荷电势接近局部最小值,而BMIM⁺/Tf的C_d值在0-1.1 V之间变化不明显,可用Helmholtz EDL模型解释这一现象。更多还原