第1章　緒論

1.1　課題研究的目的和意義

2009年12月7日，聯合國氣候變化大會在丹麥首都哥本哈根召開，會議旨在為我們生存的這個地球開出“降溫”良方。大量有害氣體的排放帶來的全球氣候變暖已經成為一個不爭的事實，成為人類面臨的生死攸關的挑戰。隨著氣候變暖，通過動物傳播的傳染性疾病將不斷滋生蔓延，極地冰雪融化也會釋放史前病毒；物種變化加劇，生物物種活動范圍的遷移將導致生物鏈混亂；島國馬爾代夫不得不斥巨資買地整體搬遷，紐約、東京等也將不得不花費數百億巨資建攔海大壩。在全球氣候變化的大背景下，發展低碳經濟正成為各國人民的共識，國際社會也按照《聯合國氣候變化框架公約》《京都議定書》要求努力減少溫室氣體排放。汽車作為現代社會的常用交通工具，對全球經濟的發展做出了巨大貢獻，但是傳統汽車不但消耗了大量的石油資源，其燃油排放大量的CO、NO_x等有害氣體嚴重地污染了人類的生存環境。據統計，全球大氣污染42%來源于交通車輛，大城市交通車輛的污染比例更是高達60%。為此，世界各國對發展電動車（electric vehicle，EV）和混合電動車（hybrid electric vehicle，HEV）高度重視。美國在2002年推出了“Freedom Car & Vehicle Technology”計劃；中國政府在2000年實施了“清潔汽車行動”，發展電動車被列為“863”計劃。作為車載動力的動力電池的研發，成為EV和HEV發展的主要瓶頸。鋰離子電池以其工作電壓高、比能量大、循環壽命長、污染小等優點在眾多化學電源中脫穎而出，自20世紀90年代商品化以來得到了飛速的發展，目前仍是研究的熱點。

鋰離子電池的上述特點，使其成為EV和HEV的主流動力電源之一。但是，安全性問題成為其發展的制約因素之一，尤其在濫用條件（如高溫、短路、過充放、振動、擠壓和撞擊等）下，容易出現冒煙、著火甚至爆炸的現象，故無法很好滿足EV和HEV的使用需要。目前鋰離子電池的電解液多采用有機溶劑，如乙烯碳酸酯（ethylene carbonate，EC）、丙烯碳酸酯（pylene carbonate，PC）、碳酸二甲酯（dimethyl carbonate，DMC）等，這類物質有毒、易揮發、燃點低，并參與電池內部的熱分解反應，造成了電池的安全隱患。因此，安全無毒的新的電解液體系亟待開發。離子液體以其無揮發性、不可燃、電導率高、電化學穩定窗口寬等優點，吸引了眾多研究者的目光，有望應用于鋰離子電池電解質，以消除其安全隱患。

重金屬鉛和鎘在自然環境中不可降解，在生物體內富集后可通過食物鏈進入人體，引起慢性中毒，因此快速準確地測定重金屬鉛和鎘的方法具有重要的實際意義。陽極溶出伏安（anodic stripping voltammetry，ASV）法由于具有較高的靈敏度和選擇性、便捷廉價、測試儀器結構簡單等諸多優點，在水體檢測、藥物成分、食品分析，尤其是重金屬元素測定方面得到了廣泛的應用。陽極溶出伏安法測定重金屬元素時，工作電極常使用汞膜電極，但金屬汞及汞離子均具有毒性、污染環境、危害健康，汞膜電極的應用受到了嚴格的限制。作為汞膜電極的替代品，銻膜、鉛膜、鎵膜電極也應用到分析領域中，但電化學性能不穩定，無法廣泛使用。許多研究證實鉍膜具有與汞膜媲美的溶出伏安特性，鉍的氧化物電極也可用于重金屬的檢測，Rashid O.Kdara等采用絲網印刷電極，將Bi₂O₃與石墨混合后噴涂在聚酯薄膜基體上作為工作電極，檢測重金屬鉛和鎘，但無法實現鉛和鎘兩種離子的同時檢測。

本書從離子液體電解質的物理、電化學性能入手，探討含離子液體的電解質與現行鋰離子電池常用正、負極材料的匹配性問題，分析離子液體用于鋰離子電池電解質的可行性，旨在開發安全環保的鋰離子電池電解質。首次采用三氧化二鉍-石墨烯復合膜（Bi₂O₃@石墨烯）代替汞膜電極，在HAc-NaAc緩沖溶液中同時測定重金屬鉛和鎘，并考察pH值、富集時間和富集電位對陽極溶出伏安曲線的影響，同時考察該方法的線性范圍、檢出限和重現性，為Bi₂O₃@石墨烯膜電極用于藥物中痕量鉛和鎘的測定提供理論依據。