离子塑晶材料的设计合成及其电解质的应用研究

有机离子塑性晶体是由阴、阳离子组成的一类介晶相材料，不仅兼具晶体的固体形态与液态化合物的某些特性，而且还具有挥发度低、电导率高以及电化学窗口宽等优点，是制备准固态电解质的理想材料。然而，有机离子塑性晶体的热性能、电学性能等性质的影响因素与控制方法，仍然有待人们进一步的探索与研究。本申请课题首先从基础研究的角度探索有机离子塑性晶体的形成机制；研究阴阳离子类型、对称性以及氢键等分子间作用力对塑性晶体热性能、电学性能的影响；研究无机纳米粒子的"掺杂"对塑性晶体性质的影响及相应的控制方法。在基础研究的指导下，进一步研究基于有机离子(质子)塑性晶体的电解质在准固态染料敏化太阳能电池、中温质子交换膜燃料电池等器件中的实际应用。从材料化学和器件物理的角度，深入理解有机离子塑性晶体的物理化学性质，及其在器件中的应用性能，为促进有机塑性晶体电解质的实际应用提供理论和技术指导。

有机离子塑性晶体是由阴、阳离子组成的一类介晶相材料，不仅兼具晶体的固体形态与液态化合物的某些特性，而且还具有挥发度低、电导率高以及电化学窗口宽等优点，是制备准固态电解质的理想材料。然而，有机离子塑性晶体的热性能、电学性能等性质的影响因素与控制方法，仍然有待人们进一步的探索与研究。作为一年期研究项目，本申请课题首先从基础研究的角度探索有机离子塑性晶体的形成机制，及阴阳离子类型对塑性晶体热性能、电学性能的影响；研究无机纳米粒子的“掺杂”对塑性晶体性质的影响及相应的控制方法。在基础研究工作的指导下，进一步研究基于有机离子(质子)塑性晶体的电解质在准固态染料敏化太阳能电池器件中的实际应用。从材料化学和器件物理的角度，深入理解有机离子塑性晶体的物理化学性质，及其在器件中的应用性能，为促进有机塑性晶体电解质的实际应用提供理论和技术指导。.我们课题组首先设计合成了离子塑性晶体1–ethyl–1–methyl pyrrolidinium iodide (P12I)。该化合物具有较宽的塑性温度范围及熔点(>150 oC)，可以应用于制备I2/I-/有机离子塑性晶体准固态电解质。我们还研究了阳离子/碘阴离子之间的相互作用力，以及I2/I-的掺杂含量对有机离子塑性晶体热性能、导电性能的影响。研究结果表明其电导率，I–扩散系数随温度升高而升高。进一步的研究结果表明基于离子塑性晶体固态电解质电池在80 oC下具有优异的光电稳定性。.在上述研究成果基础之上，我们进一步研究了阴离子对离子塑性晶体性能的影响。合成了1-ethyl-1-methylpyrrolidinium bis(trifluoromethanesulfonyl) imide (P12TFSI)离子塑性晶体，研究了其热性能、电学性能，并成功应用于制备准固态染料敏化太阳能电池。.该项目研究成果已发表在Adv. Mater., 2012, 24, 945-950 和 J. Mater. Chem., 2012, 22, 6674 。