Enews108 融鹽暨分析電化學實驗室

出自KMU e-News

生命科學院 醫藥暨應用化學系 融鹽暨分析電化學實驗室 陳泊余 助理教授

所謂融鹽(molten salt)即指融熔狀態下的鹽類，亦即將鹽類加熱至其熔點後所呈現的液體狀態。如此具可移動之陰、陽離子的融鹽，擁有良好的離子導電性，可做為電解質系統而應用於電化學相關研究與製程。例如高活性的金屬，如鋁、鈉等，其純化唯有在融熔狀態下的鋁鹽或鈉鹽以電化學方法將其自離子狀態還原成金屬。這類金屬具有極強的氧化性，難以尋求適當的還原劑將其由礦物狀態還原成金屬。本實驗室的主要方向就是在這類特殊的溶劑系統下進行電化學相關研究與應用。此外，本實驗室亦致力於發展各類修飾電極(modified electrode)以用於水溶液分析。 早期融鹽系統主要用於電化學上。即使到了今日，煉鋁工業所依賴的仍是電化學與融鹽系統的結合。然而，傳統融鹽系統所需的高溫，限制了其諸多方面的應用。這主要是因為高溫常導致許多化合物的分解，且高溫所代表的即是耗能。為此，融鹽化學家們致力於尋找熔點較低的鹽類，甚至在室溫下即能呈現液體狀態的室溫融鹽(room-temperature molten salt)。目前，熔點低於水沸點(100oC, 1 atm)的鹽類被稱為離子液體(ionic liquid)，而在一般室溫下即呈現液態的室溫離子液體(room-temperature ionic liquid)是此一領域的研究主流。目前本實驗室所使用的融鹽系統，即以此類為主。室溫離子液體是非常獨特的溶劑系統，有別於以水為溶劑的水溶液及揮發性有機溶劑，如常見的己烷、甲醇、乙醚、甲苯、丙酮等。離子液體全由離子所組成，因此，具有極低甚至無法測得的蒸氣壓。這個特性使得使用離子液體為溶劑，具有相當高的安全性。無蒸氣壓意味著無法燃燒。而縱使在高溫下，因為沒有蒸氣壓，所以沒有爆炸的顧慮。這對傳統慣於使用揮發性有機溶劑的化學家而言，是相當值得嘗試的溶劑系統。事實上，由於離子液體的此一特性，已有許多微波合成的實驗使用離子液體為溶劑系統。離子液體對諸多有機及無機物都具有相當之溶解度，且其性質具有可調節性。這是因為離子液體多為有機鹽類，可藉由改變其化學結構上的取代基或採用不同陰陽離子組合的方式，改變其物理與化學性質。此一溶劑系統的諸多特殊性，已被廣泛的應用於有機合成、鋰電池、染料敏化太陽能電池、氣相層析、感測器、電鍍、電沉積及其它各類研究。 本實驗室以電化學研究為主。在使用離子液體為電解質的電化學研究上已累積相當之經驗。目前我們的主要研究方向是希望利用具選擇性的有機分子將水溶液中的重金屬萃取至忌水性室溫離子液體內，並進而利用電化學方式將被萃取的重金屬離子還原成金屬態而回收，留下的離子液體與有機分子則可進行下一次的萃取。期望藉由此一研究，對綠色化學(永續化學)領域有所貢獻。此外，不同有機分子將重金屬離子萃取至離子液體層時會顯現不同的顏色，是否能利用此一特性鑑識水溶液中重金屬離子的存在，正在評估測試中。有別於忌水性離子液體，親水性離子液體則可用於油類物質的萃取。例如已有文獻指出離子液體可用於去除柴油中沸點較高的硫化物，而被萃取的硫化物則可利用過氧化氫溶液處理而分解。我們目前希望能利用電化學方法所製備出的二氧化鈦光觸媒取代過氧化氫的角色對硫化物進行分解。此外，在本實驗室中亦嚐試在離子液體內以電化學方法製備導電高分子薄膜或導電高分子複合電極材料並用於電致色材料或電化學觸媒，以期能應用於能源裝置或化學及生醫檢測上。 本實驗室的另一研究方向是製備修飾電極並應用於水溶液分析。目前的研究興趣主要集中在金奈米結構修飾電極應用於水溶液中六價鉻及農藥的偵測上。期待將來亦能應用於藥物檢測。 離子液體是非常獨特的溶劑系統，在綠色化學領域是重點研究方向之ㄧ。電化學檢測則具有快速及靈敏等特點。藉由電極表面的修飾則可進一步增加其靈敏度與選擇性。本實驗室非常期待本校相關研究領域的先進能給予指導與建議，亦期待本實驗室能對本校的研究有所貢獻。