New insights into the interface between a single-crystalline metal electrode and an extremely pure ionic liquid: slow interfacial processes and the influence of temperature on interfacial dynamics

文献情報

出版日 2012-03-08
DOI 10.1039/C2CP40288B
インパクトファクター 3.676
著者

Marcel Drüschler, Natalia Borisenko, Jens Wallauer, Christian Winter, Benedikt Huber, Frank Endres, Bernhard Roling


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要旨

Ionic liquids are of high interest for the development of safe electrolytes in modern electrochemical cells, such as batteries, supercapacitors and dye-sensitised solar cells. However, electrochemical applications of ionic liquids are still hindered by the limited understanding of the interface between electrode materials and ionic liquids. In this article, we first review the state of the art in both experiment and theory. Then we illustrate some general trends by taking the interface between the extremely pure ionic liquid 1-butyl-1-methylpyrrolidinium tris(pentafluoroethyl)trifluorophosphate and an Au(111) electrode as an example. For the study of this interface, electrochemical impedance spectroscopy was combined with in situ STM and in situ AFM techniques. In addition, we present new results for the temperature dependence of the interfacial capacitance and dynamics. Since the interfacial dynamics are characterised by different processes taking place on different time scales, the temperature dependence of the dynamics can only be reliably studied by recording and carefully analysing broadband capacitance spectra. Single-frequency experiments may lead to artefacts in the temperature dependence of the interfacial capacitance. We demonstrate that the fast capacitive process exhibits a Vogel–Fulcher–Tamman temperature dependence, since its time scale is governed by the ionic conductivity of the ionic liquid. In contrast, the slower capacitive process appears to be Arrhenius activated. This suggests that the time scale of this process is determined by a temperature-independent barrier, which may be related to structural reorganisations of the Au surface and/or to charge redistributions in the strongly bound innermost ion layer.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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