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离子液体电沉积Zn及Zn-Ti合金的研究

2020-12-10阅读(531)

离子液体电沉积Zn及Zn-Ti合金的研究

论文摘要

离子液体因其具有电化学窗口宽、可室温操作、热稳定性好、导电导热性好等优点,广泛的应用于纳米材料制备、清洁燃料生产等领域,其中离子液体电沉积金属,特别是电沉积活泼的金属,有着重要的作用。本文研究了尿素（Urea）和氯化锌（ZnCl2）熔融的离子液体的物化性质,并以LiCl、NaCl、KCl、NH4Cl、TMAC（四甲基氯化铵）为添加剂,系统研究了添加剂对Urea-ZnCl2和Urea-ZnCl2-TiCl4离子液体熔点、电导率等物化性质的影响,以及在不同的沉积条件下,添加剂对Zn-Ti合金中钛含量和沉积层形貌的影响。研究结果表明：Urea-ZnCl2离子液体为清亮透明的液体,该离子液体的熔点随着ZnCl2摩尔分数的增加先减小后增大,当x（ZnCl2）=25%时,体系熔点最低为20℃；在Urea-ZnCl2离子液体中加入MCl（M=Li、Na、K、NH4、（CH3）4N）,离子液体熔点随ZnCl2摩尔分数的增加先减小后增大,显著降低了体系的熔点,其中含NaCl的离子液体熔点最低可降低至-4℃；同一温度下,在Urea-ZnCl2离子液体中,当x（ZnCl2）<25%时,体系电导率随着ZnCl2浓度的增加而升高；在Urea-ZnCl2离子液体中加入添加剂MCl后,离子液体电导率随着ZnCl2浓度的增加而降低,但相比同一ZnCl2浓度下的Urea-ZnCl2（x（ZnCl2）<22%）离子液体的电导率要高的多,MCl的加入可显著提高体系的电导率；在Urea-ZnCl2离子液体中添加TiCl4,可降低体系熔点,提高电导率；在Urea-MCl-ZnCl2离子液体中添加TiCl4,可降低体系熔点,但电导率也随之降低；电导率与温度的关系符合Kohlraush equation方程：κ=κ0+α（t-t0）+β（t-t0）2。本文还测定了Urea-ZnCl2离子液体的电化学窗口,相对于铂电极, Urea-ZnCl2离子液体的电化学窗口为2.2V,阴极极限电位是-1.1V；在Urea-ZnCl2离子液体加入MCl（M=Li+, Na+, K+, NH4+,（CH3）4N+）,锌的还原电位负移,且电导率越大,还原电位越负；在Urea-MCl-ZnCl2离子液体中,锌和锌钛可以被还原,高价钛离子的还原历程为:Ti（Ⅳ）→Ti（Ⅲ）→Ti（Ⅱ）→Ti; ZnCl2对合金的沉积起阻化作用,其含量增加,合金还原电位负移：在Urea-MCl-ZnCl2和Urea-MCl-ZnCl2-TiCl4离子液体中,通过改变基体、沉积电位、温度、ZnCl2和Ti4+浓度等参数进行锌及锌钛合金的电沉积,应用XRD、SEM、EDS以及X-Ray荧光等检测手段对沉积层的形貌和成分进行分析,结果发现在ZnCl2的摩尔分数为10%,温度为80℃,沉积电位为-1.5V～-2.0V,该条件下可得到沉积层致密均匀,颗粒细小,晶粒大小约为0.8μm的沉积层。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 绪论
  • 1.1 锌
  • 1.2 锌钛合金
  • 1.2.1 锌钛合金的成分性质
  • 1.2.2 锌钛合金的性质
  • 1.2.3 锌钛合金的应用
  • 1.2.4 锌钛合金的发展
  • 1.3 锌钛合金的工艺现状及展望
  • 1.4 离子液体
  • 1.4.1 离子液体的定义
  • 1.4.2 离子液体的分类
  • 1.4.3 离子液体的物理化学性质
  • 1.5 离子液体的应用
  • 1.5.1 离子液体的电化学应用
  • 1.5.2 离子液体中的金属电沉积研究
  • 1.5.3 离子液体在其它方面中的应用
  • 1.6 离子液体电沉积锌及锌钛合金的研究
  • 1.7 本课题研究的主要内容及意义
  • 1.7.1 研究主要内容
  • 1.7.2 论文创新点
  • 第二章 离子液体的制备及表征
  • 2.1 离子液体的制备
  • 2.1.1 实验药品
  • 2.1.2 实验仪器及装置
  • 2.1.3 离子液体的制备
  • 2.2 离子液体的红外表征
  • 2离子液体IR的测试'>2.2.1 尿素和Urea-MCl-ZnCl2离子液体IR的测试
  • 2和Urea-NaCl-ZnCl2-TiCl4离子液体IR的测试'>2.2.2 Urea-NaCl-ZnCl2和Urea-NaCl-ZnCl2-TiCl4离子液体IR的测试
  • 2.3 本章小结
  • 第三章 离子液体熔点和电导率的测定
  • 3.1 离子液体的熔点的测定
  • 2离子液体的熔点'>3.1.1 Urea-ZnCl2离子液体的熔点
  • 2-MCl和Urea-ZnCl2-MCl-TiCl4离子液体的熔点'>3.1.2 Urea-ZnCl2-MCl和Urea-ZnCl2-MCl-TiCl4离子液体的熔点
  • 3.2 离子液体电导率的测定
  • 2离子液体的电导率的影响'>3.2.1 NaCl对Urea-ZnCl2离子液体的电导率的影响
  • 2-MCl和Urea-ZnCl2-MCl-TiCl4离子液体的电导率'>3.2.2 Urea-ZnCl2-MCl和Urea-ZnCl2-MCl-TiCl4离子液体的电导率
  • 3.3 本章小结
  • 第四章 离子液体的电化学测试
  • 4.1 电化学测试
  • 4.1.1 循环伏安法（CV）
  • 4.1.2 取样直流伏安法（SDCV）
  • 2+电化学还原'>4.2 Zn2+电化学还原
  • 4.2.1 Urea-NaCl熔体的CV曲线
  • 2离子液体的CV曲线'>4.2.2 Urea-NaCl-ZnCl2离子液体的CV曲线
  • 2离子液体的CV曲线'>4.2.3 Urea-MCl-ZnCl2离子液体的CV曲线
  • 4+电化学还原'>4.3 Ti4+电化学还原
  • 4离子液体的CV曲线'>4.3.1 Urea-NaCl-TiCl4离子液体的CV曲线
  • 2-TiCl4离子液体的CV曲线'>4.3.2 Urea-NaCl-ZnCl2-TiCl4离子液体的CV曲线
  • 2-TiCl4离子液体的CV曲线'>4.3.3 不同扫速下Urea-NaCl-ZnCl2-TiCl4离子液体的CV曲线
  • 2含量对Urea-NaCl-ZnCl2-TiCl4离子液体的CV曲线的影响'>4.3.4 ZnCl2含量对Urea-NaCl-ZnCl2-TiCl4离子液体的CV曲线的影响
  • 2-TiCl4离子液体的CV曲线'>4.3.5 Urea-MCl-ZnCl2-TiCl4离子液体的CV曲线
  • 2-TiCl4离子液体的SDCV曲线'>4.4 Urea-NaCl-ZnCl2-TiCl4离子液体的SDCV曲线
  • 4.5 本章小结
  • 第五章 离子液体中电沉积锌及锌钛合金
  • 5.1 金属的电沉积过程
  • 5.1.1 基本历程
  • 5.1.2 电化学还原
  • 5.1.3 电化学结晶
  • 5.2 实验部分
  • 5.2.1 电极处理
  • 5.2.2 电解液制备和实验装置
  • 5.3 电沉积锌的分析
  • 5.3.1 添加剂对沉积层形貌的影响
  • 5.3.2 电位对沉积层形貌的影响
  • 5.4 电沉积锌钛合金的体系筛选
  • 5.4.1 纯体系中的沉积锌钛合金
  • 5.4.2 添加剂对沉积层形貌的影响
  • 2对沉积层形貌的影响'>5.4.3 ZnCl2对沉积层形貌的影响
  • 5.5 电沉积锌钛合金的分析
  • 5.5.1 温度对沉积层形貌的影响
  • 5.5.2 电位对沉积层形貌的影响
  • 4对沉积层形貌的影响'>5.5.3 TiCl4对沉积层形貌的影响
  • 5.6 本章小结
  • 第六章 结论与展望
  • 6.1 结论
  • 6.2 展望
  • 致谢
  • 参考文献
  • 附录 攻读硕士学位期间发表的论文

    • 相关论文文献

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