SINS结合DFT原位揭示离子液体在石墨烯电极上的双电层动态行为

双电层电容器（EDLCs）因快速充放电和高循环稳定性而备受关注，但其能量密度受限于电解质的电化学稳定窗口。传统水系电解液易分解，难以高电压运行。离子液体（ILs）因宽电化学窗口、高热稳定性和结构可调性，成为理想候选材料，但其在电极表面的双电层（EDL）结构与动态行为尚不清晰。

为此，美国劳伦斯伯克利国家实验室团队采用同步辐射红外纳米光谱（SINS）结合密度泛函理论（DFT）计算，构建石墨烯封装的电化学液体池，原位表征三种咪唑类ILs在电极界面的行为。研究发现：阴离子尺寸增大或C≡N基团增多时，ν(C≡N)峰发生蓝移（最大27 cm⁻¹），表明界面阴离子趋于紧凑排列。

施加偏压后，阴阳离子发生定向重排，如[BMIM][C(CN)₃]中阴离子从垂直转为面内平行取向，改变了振动耦合。DFT计算证实，紧凑的EDL结构（阴离子平行于阳离子）有利于提升电容性能。该工作揭示了离子界面排列与储能性能的内在关联，为设计高性能IL电解质提供了理论与实验依据