论文摘要
本文通过超声乳化电解前驱液的方法制备超细Cu粉，研究电流、阳极性质以及有机添加剂油酸含量对粉体粒径的影响机制。采用XRD进行物相分析，利用红外分光光谱仪检测油酸包覆情况，使用马尔文激光粒度仪测试粉体的粒度分布，在三电极体系下以恒电流的方式测定电极反应的相关电化学参量。通过改变电流，能引起阴极电流密度的改变。当电流的增大速度较阴极极片面积增大速度快时，能引起电流密度增大，从而增大电化学极化过电位；电流密度增大，使Cu2+由于迅速在阴极沉积成Cu，大量减少阴极表面附近的Cu2+含量，造成浓差极化过电位的升高；电流密度增大，促进阴极上的吸附Cu原子扩散到生长点，提高了电结晶过电位。电流从0.4A上升到0.6A时，由于电流的增大速度较阴极极片面积增大速度快，能引起电流密度增大，从而提高了阴极过电位，即平均过电位从0.258V上升到0.552V，而由此获得的粉体粒径从338nm减小到92nm；当电流继续从0.7A增大到1.0A时，由于电流的增大速度较阴极极片面积增大速度慢，导致电流密度变小，降低了阴极过电位，即平均过电位从0.481V减小到0.340V，而此时获得的粉体粒径从106nm增大到254nm。更换不同性质阳极的研究发现，不溶性Ni阳极由于其引起的电极反应中存在析O2和析H2的共轭反应，导致粉体中Cu的氧化物含量比采用可溶性Cu阳极时要高；但也由于H2的析出，使得H2成为搅拌阴极近表面溶液的动力，从而减小浓差极化过电位的效果显著；采用不溶性Ni阳极时，由于H2在阴极的搅拌也能促进阴极上的吸附Cu原子扩散迅速，提高了电结晶过电位。鉴于以上的分析，使得采用Cu为阳极时的平均过电位为0.398V，比采用Ni时的平均过电位0.316V要高。与采用Cu或Ni为阳极时，其粉体粒径都有随过电位的递增呈减少的趋势，但他们的变化程度不同，采用Ni为阳极时，过电位从0.293V增加到0.395V使得粉体粒径从307nm减小到47nm；而采用Cu为阳极时，过电位从0.258V增加到0.552V使得粉体粒径从338nm减小到92nm。改变油酸含量的研究发现，减少油酸含量，使阴极表面有机物吸附层变薄，减少了对Cu2+放电的阻碍作用，从而能减少电化学极化过电位；油酸含量的减少，使得阴极H+放电的可能性降低，减少了由于H2的析出对阴极表面溶液的搅拌作用，从而提高了阴极浓差极化过电位；减少油酸含量，使阴极表面有机物质吸附层变薄，吸附原子向生长点的扩散变得容易，增大了电结晶过电位。由于受到这三部分过电位的综合影响，最终导致当油酸含量从15ml／L减少到5ml／L的过程中，阴极过电位从0.315V升至0.481V，平均粒径也由最大的307nm减小到106nm。而不加入油酸时，由于反应体系活化能的迅速增大，使得反应无法顺利进行。