室温下Kelvin探针力显微镜分析离子液体的界面

doi:10.3866/PKU.WHXB2016032807

物理化学学报 >> 2016, Vol. 32 >> Issue (7): 1722-1726.doi: 10.3866/PKU.WHXB2016032807

室温下Kelvin探针力显微镜分析离子液体的界面

张小宁^1,*(),胡红美²

¹ Department of Mathematics, Sciences and Technology, Paine College, Augusta 30901, Georgia, USA
² 浙江省海洋水产研究所,浙江省海水增养殖重点实验室,浙江舟山316021

收稿日期:2015-12-25 发布日期:2016-07-08
通讯作者: 张小宁 E-mail:XZhang@paine.edu
基金资助:
美国国家科学基金会(HRD-1505197)

Investigation of Interfaces of Ionic Liquid via Kelvin Probe Force Microscopy at Room Temperature

Xiao-Ning ZHANG^1,*(),Hong-Mei HU²

¹ Department of Mathematics, Sciences and Technology, Paine College, Augusta 30901, Georgia, USA
² Key Laboratory of Mariculture and Enhancement of Zhejiang Province, Marine Fishery Institute of Zhejiang Province, Zhoushan 316021, Zhejiang Province, P. R. China

Received:2015-12-25 Published:2016-07-08
Contact: Xiao-Ning ZHANG E-mail:XZhang@paine.edu
Supported by:
the National Science Foundation, USA(HRD-1505197)

摘要/Abstract

摘要：

研究离子液体阳离子和阴离子在界面的排列具有意义，因为它们能够影响离子液体在界面的表面结构和属性。作为一种扫描探针显微技术，Kelvin探针力显微镜（KPFM）在本文中被用于室温下离子液体界面性质的研究。离子液体氯化（1-丁基-3-甲基咪唑）（[Bmim]Cl）在本文中被用作研究对象。实验中，[Bmim]Cl被选择性地固定在亲液的化学修饰表面，形成超薄的固态吸附层和液滴。由于表面电势能够用于直接指示表面偶极子，因而对于检测分子的取向十分有用。利用KPFM获得的表面电势图表明[Bmim]Cl离子液体在气液界面（当离子液体以液滴形式存在）和气固界面（当离子液体以固态吸附层形式存在）呈现出不同的分子排列。我们的研究表明Kelvin探针力显微镜能够用于表征离子液体在界面的分子排列。

关键词: Kelvin探针力显微镜, 氯化(1-丁基-3-甲基咪唑), 表面电势, 离子液体的分子排列, 界面

Abstract:

The alignment of the ionic liquid (IL) cation and anion at the interface is of interest because it would affect the surface structures and properties of IL at the interfaces. In this study, Kelvin probe force microscopy (KPFM), a scanning probe microscopy technique, was used to investigate the interfacial properties of the IL at room temperature. A model molecule, 1-butyl-3-methylimidazolium chloride ([Bmim]Cl), was selectively assembled on the lyophilic chemical patterns prepared on a substrate, forming ultrathin solid-like adsorbate layers and droplets. Because the surface potential is a direct indicator of the surface dipole, which is useful for examining molecular orientation, the surface potential maps captured by KPFM indicated that the [Bmim]Cl molecules demonstrated different orientations at the gas-liquid interface (in the form of a droplet) and at the gassolid interface (in the form of a solid-like adsorbate layer). Our results indicate that KPFM has potential for the characterization of IL molecular alignment at interfaces.

Key words: Kelvin probe force microscopy, 1-Butyl-3-methylimidazolium chloride, Surface potential, Ionic liquid molecular arrangement, Interface

MSC2000:

O647

张小宁,胡红美. 室温下Kelvin探针力显微镜分析离子液体的界面[J]. 物理化学学报, 2016, 32(7): 1722-1726.

Xiao-Ning ZHANG,Hong-Mei HU. Investigation of Interfaces of Ionic Liquid via Kelvin Probe Force Microscopy at Room Temperature[J]. Acta Phys. -Chim. Sin., 2016, 32(7): 1722-1726.

参考文献

1	Cremer T. ; Wibmer L. ; Calderon S. K. ; Deyko A. ; Maier F. ; Steinruck H. P. Phys. Chem. Chem. Phys. 2012, 14, 5153.
2	Werner S. ; Haumann M. ; Wasserscheid P. Annu. Rev. Chem. Biomol. Eng. 2010, 1, 203.
3	Anderson J. L. ; Armstrong D.W. ; Wei G. T. Anal. Chem. 2006, 78, 2892.
4	Sun P. ; Armstrong D.W. Anal. Chim. Acta 2010, 661, 1.
5	H?fft O. ; Endres F. Phys. Chem. Chem. Phys. 2011, 13, 13472.
6	Dupont J. ; Scholten J. D. Chem. Soc. Rev. 2010, 39, 1780.
7	Gannon T. J. ; Law G. ; Watson P. R. ; Carmichael A. J. ; Seddon K. R. Langmuir 1999, 15, 8429.
8	Law G. ; Watson P. R. ; Carmichael A. J. ; Seddon K. R. Phys. Chem. Chem. Phys. 2001, 3, 2879.
9	Bowers J. ; Vergara-Gutierrez M. C. ; Webster J. R. P. Langmuir 2003, 20, 309.
10	Sloutskin E. ; Ocko B. M. ; Tamam L. ; Kuzmenko I. ; Gog T. ; Deutsch M. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 7796.
11	Baldelli S. J.Phys. Chem. B 2003, 107, 6148.
12	Lovelock K. R. ; Villar-Garcia I. J. ; Maier F. ; Steinrück H. P. ; Licence P. Chem. Rev. 2010, 110, 5158.
13	Lü J. ; Delamarche E. ; Eng L. ; Bennewitz R. ; Meyer E. ; Güntherodt H. J. Langmuir 1999, 15, 8184.
14	Hubbard, A. T. The Handbook of Surface Imaging and Visualization; CRC Press: New York, 1995; pp 23-31.
15	Horcas I. ; Fernandez R. ; Gomez-Rodriguez J. M. ; Colchero J. ; Gomez-Herrero J. ; Baro A. M. Rev. Sci. Instrum. 2007, 78, 013705.
16	Trajkovic S. ; Zhang X. ; Daunert S. ; Cai Y. Langmuir 2011, 27, 10793.
17	Zhang X. N. ; Cai Y. G. Beilstein J. Nanotechnol. 2012, 3, 33.
18	Cai, Y.; Lu, L. The Scanning Probe-Based Deep Oxidation Lithography and Its Application in Studying the Spreading of Liquid N-Alkane. In Scanning Probe Microscopy in Nanoscience and Nanotechnology 2; Springer: Heidelberg, 2011; pp 385-413.
19	Cai Y. Langmuir 2009, 25, 5594.
20	Chowdhury D. ; Maoz R. ; Sagiv J. Nano Lett. 2007, 7, 1770.
21	Lu L. ; Cai Y. Langmuir 2009, 25, 13914.
22	Lu L. ; Zander K. J. ; Cai Y. Langmuir 2010, 26, 5624.
23	Martinez I. S. ; Baldelli S. J.Phys. Chem. C 2010, 114, 11564.
24	Yokota Y. ; Harada T. ; Fukui K. I. Chem. Commun. 2010, 46, 8627.
25	Baldelli S. Acc. Chem. Res. 2008, 41, 421.

[1]	王艳秋, 钟子欣, 刘唐康, 刘国亮, 洪昕林. Cu@UiO-66衍生的Cu⁺-ZrO₂界面位点用于高效催化CO₂加氢制甲醇[J]. 物理化学学报, 2021, 37(5): 2007089 -0 .
[2]	王云飞, 刘建华, 于美, 钟锦岩, 周琪森, 邱俊明, 张晓亮. SnO₂表面卤化提高钙钛矿太阳能电池光伏性能[J]. 物理化学学报, 2021, 37(3): 2006030 -0 .
[3]	关俊, 李念武, 于乐. 人工界面层在金属锂负极中的应用[J]. 物理化学学报, 2021, 37(2): 2009011 -0 .
[4]	何一涛, 丁飞, 林立, 王志红, 吕喆, 张耀辉. 电极界面浓差极化对锂金属沉积的影响[J]. 物理化学学报, 2021, 37(2): 2009001 -0 .
[5]	王志达, 冯元宬, 卢松涛, 王锐, 秦伟, 吴晓宏. 利用原位氟化保护层改善三维锡锂合金/碳纸负极贫电解液下性能[J]. 物理化学学报, 2021, 37(2): 2008082 -0 .
[6]	华广斌, 樊晏辰, 张千帆. 计算模拟在锂金属负极研究中的应用[J]. 物理化学学报, 2021, 37(2): 2008089 -0 .
[7]	朱高龙, 赵辰孜, 袁洪, 南皓雄, 赵铂琛, 侯立鹏, 何传新, 刘全兵, 黄佳琦. 基于局部高盐界面润湿策略构筑的固态金属锂软包电池[J]. 物理化学学报, 2021, 37(2): 2005003 -0 .
[8]	吴晨, 周颖, 朱晓龙, 詹忞之, 杨汉西, 钱江锋. 锂金属电池用高浓度电解液体系研究进展[J]. 物理化学学报, 2021, 37(2): 2008044 -0 .
[9]	孙宇恒, 高铭达, 李慧, 徐丽, 薛晴, 王欣然, 白莹, 吴川. 金属有机骨架材料在金属锂电池界面的应用[J]. 物理化学学报, 2021, 37(1): 2007048 -0 .
[10]	王木钦, 彭哲, 林欢, 李振东, 刘健, 任重民, 何海勇, 王德宇. 一种有助于稳定锂金属循环的富氟化位点框架结构[J]. 物理化学学报, 2021, 37(1): 2007016 -0 .
[11]	蔡明俐, 姚柳, 靳俊, 温兆银. 水溶液法原位构建ZnO亲锂层稳定锂-石榴石电解质界面[J]. 物理化学学报, 2021, 37(1): 2009006 -0 .
[12]	熊辉, 谢歆雯, 王苗, 侯雅琦, 侯旭. 网状骨架CVD生长碳纳米管用于重盐水脱盐[J]. 物理化学学报, 2020, 36(9): 1912008 -0 .
[13]	徐来强,李佳阳,刘城,邹国强,侯红帅,纪效波. 无机钠离子电池固体电解质研究进展[J]. 物理化学学报, 2020, 36(5): 1905013 -0 .
[14]	陈光海,白莹,高永晟,吴锋,吴川. 全固态钠离子电池硫系化合物电解质[J]. 物理化学学报, 2020, 36(5): 1905009 -0 .
[15]	周威,郭君康,申升,潘金波,唐杰,陈浪,区泽堂,尹双凤. 光电催化二氧化碳还原研究进展[J]. 物理化学学报, 2020, 36(3): 1906048 -0 .

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