SINS結合DFT原位揭示離子液體在石墨烯電極上的雙電層動態行為

雙電層電容器（EDLCs）因快速充放電和高循環穩定性而備受關注，但其能量密度受限于電解質的電化學穩定窗口。傳統水系電解液易分解，難以高電壓運行。離子液體（ILs）因寬電化學窗口、高熱穩定性和結構可調性，成為理想候選材料，但其在電極表面的雙電層（EDL）結構與動態行為尚不清晰。

為此，美國勞倫斯伯克利國家實驗室團隊采用同步輻射紅外納米光譜（SINS）結合密度泛函理論（DFT）計算，構建石墨烯封裝的電化學液體池，原位表征三種咪唑類ILs在電極界面的行為。研究發現：陰離子尺寸增大或C≡N基團增多時，ν(C≡N)峰發生藍移（最大27 cm?1），表明界面陰離子趨于緊湊排列。

施加偏壓后，陰陽離子發生定向重排，如[BMIM][C(CN)?]中陰離子從垂直轉為面內平行取向，改變了振動耦合。DFT計算證實，緊湊的EDL結構（陰離子平行于陽離子）有利于提升電容性能。該工作揭示了離子界面排列與儲能性能的內在關聯，為設計高性能IL電解質提供了理論與實驗依據