活泼金属电沉积的离子液体设计及基础研究

针对离子液体中活泼金属铝和钛电沉积存在的问题，根据现代分子和材料设计的研究思路，采用量子化学方法对构成离子液体的几种阴、阳离子和几种离子液体进行计算，结合实验数据对其相互作用、电荷分布、前线轨道等结构信息与熔点、黏度、电导率、电极电势和电化学窗口等关键物性的关系进行系统研究，设计并合成出适合活泼金属铝和钛电沉积的电化学窗口宽、黏度小、电导率大、对水和空气稳定的离子液体，并对其性质进行综合测定，验证铝和钛在所得离子液体中的电积特性，掌握适合活泼金属电沉积离子液体的设计准则。应用分子模拟方法阐明铝和钛等金属离子在离子液体中的存在形式、迁移和扩散机制以及金属离子与离子液体的结合方式、结构特点及其对金属离子扩散及相关性质的影响等基础问题，从源头上解决离子液体中活泼金属电沉积中存在的一些基本问题, 为铝和钛室温直接液态电解提供思路，为相关实验研究提供理论指导和科学基础，具有重要的科学意义和应用价值。

将一系列离子液体的物化性质与容易通过量子化学计算获得的结构参数进行了关联，设计和筛选出了一些适合活泼金属电沉积的离子液体，建立了活泼金属铝和钛低温电化学冶金的离子液体的分子设计准则和方法; 采用分子动力学模拟的方法阐明了活泼金属离子在离子液体[Cnmim]X/AlCl3 (A=2, 4; X=Cl, BF4 和 Ntf2) 中的存在形式及其与离子液体的结合方式、相互作用及其对相关物化性质、离子迁移和扩散的影响规律；获得了NaCl, NH4Cl,C6H6,C7H8等添加剂及水和甲醇、乙醇、乙腈等有机分子杂质存在时离子液体 [Cnmim]X/AlCl3 (A=2,4; X=Cl, BF4 和 Ntf2) 中离子存在形式，物种存在形式、相互作用、结构特点、及其对离子液体物理和化学性质的影响;在低温下从设计合成出的离子液体中电沉积出了活泼金属铝； 探讨了添加剂氯化胆碱(ChCl)，四甲基氯化铵( TMAC)及杂质(水和其他金属离子)对离子液体中活泼金属铝电沉积的影响；发表学术论文40余篇,SCI、EI收录20余篇,参与撰写专著2部,授权发明专利3项, 获各种奖励5项。参加国内外学术会议7次并作分会报告，毕业研究生3名，在读4人。项目负责人晋升为教授，2011年入选云南省中青年学术技术带头人后备人才。