第1章 绪论
1.1 课题研究的目的和意义
2009年12月7日，联合国气候变化大会在丹麦首都哥本哈根召开，会议旨在为我们生存的这个地球开出“降温”良方。大量有害气体的排放带来的全球气候变暖已经成为一个不争的事实，成为人类面临的生死攸关的挑战。随着气候变暖，通过动物传播的传染性疾病将不断滋生蔓延，极地冰雪融化也会释放史前病毒；物种变化加剧，生物物种活动范围的迁移将导致生物链混乱；岛国马尔代夫不得不斥巨资买地整体搬迁，纽约、东京等也将不得不花费数百亿巨资建拦海大坝。在全球气候变化的大背景下，发展低碳经济正成为各国人民的共识，国际社会也按照《联合国气候变化框架公约》《京都议定书》要求努力减少温室气体排放。汽车作为现代社会的常用交通工具，对全球经济的发展做出了巨大贡献，但是传统汽车不但消耗了大量的石油资源，其燃油排放大量的CO、NOx等有害气体严重地污染了人类的生存环境。据统计，全球大气污染42%来源于交通车辆，大城市交通车辆的污染比例更是高达60%。为此，世界各国对发展电动车（electric vehicle，EV）和混合电动车（hybrid electric vehicle，HEV）高度重视。美国在2002年推出了“Freedom Car & Vehicle Technology”计划；中国政府在2000年实施了“清洁汽车行动”，发展电动车被列为“863”计划。作为车载动力的动力电池的研发，成为EV和HEV发展的主要瓶颈。锂离子电池以其工作电压高、比能量大、循环寿命长、污染小等优点在众多化学电源中脱颖而出，自20世纪90年代商品化以来得到了飞速的发展，目前仍是研究的热点。
锂离子电池的上述特点，使其成为EV和HEV的主流动力电源之一。但是，安全性问题成为其发展的制约因素之一，尤其在滥用条件（如高温、短路、过充放、振动、挤压和撞击等）下，容易出现冒烟、着火甚至爆炸的现象，故无法很好满足EV和HEV的使用需要。目前锂离子电池的电解液多采用有机溶剂，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，这类物质有毒、易挥发、燃点低，并参与电池内部的热分解反应，造成了电池的安全隐患。因此，安全无毒的新的电解液体系亟待开发。离子液体以其无挥发性、不可燃、电导率高、电化学稳定窗口宽等优点，吸引了众多研究者的目光，有望应用于锂离子电池电解质，以消除其安全隐患。
重金属铅和镉在自然环境中不可降解，在生物体内富集后可通过食物链进入人体，引起慢性中毒，因此快速准确地测定重金属铅和镉的方法具有重要的实际意义。阳极溶出伏安（anodic stripping voltammetry，ASV）法由于具有较高的灵敏度和选择性、便捷廉价、测试仪器结构简单等诸多优点，在水体检测、药物成分、食品分析，尤其是重金属元素测定方面得到了广泛的应用。阳极溶出伏安法测定重金属元素时，工作电极常使用汞膜电极，但金属汞及汞离子均具有毒性、污染环境、危害健康，汞膜电极的应用受到了严格的限制。作为汞膜电极的替代品，锑膜、铅膜、镓膜电极也应用到分析领域中，但电化学性能不稳定，无法广泛使用。许多研究证实铋膜具有与汞膜媲美的溶出伏安特性，铋的氧化物电极也可用于重金属的检测，Rashid O.Kdara等采用丝网印刷电极，将Bi2O3与石墨混合后喷涂在聚酯薄膜基体上作为工作电极，检测重金属铅和镉，但无法实现铅和镉两种离子的同时检测。
本书从离子液体电解质的物理、电化学性能入手，探讨含离子液体的电解质与现行锂离子电池常用正、负极材料的匹配性问题，分析离子液体用于锂离子电池电解质的可行性，旨在开发安全环保的锂离子电池电解质。首次采用三氧化二铋-石墨烯复合膜（Bi2O3@石墨烯）代替汞膜电极，在HAc-NaAc缓冲溶液中同时测定重金属铅和镉，并考察pH值、富集时间和富集电位对阳极溶出伏安曲线的影响，同时考察该方法的线性范围、检出限和重现性，为Bi2O3@石墨烯膜电极用于药物中痕量铅和镉的测定提供理论依据。