离子液体中电沉积锌钛合金的研究

论文摘要

离子液体具有溶解性好、节能、选择性高和对环境友好等特性,是一种新型绿色溶剂。因此,离子液体在金属的电化学沉积中有着非常重要的作用。本文用尿素（Urea）和无水氯化锌（ZnCl2）合成了低共熔溶剂型离子液体,并对其结构进行了红外表征。测定了该离子液体的熔点、电导率及黏度。同时,研究了该离子液体熔点、电导率与成份的关系及电导率、黏度与温度的关系。研究结果表明：在Urea-ZnCl2离子液体中,当氯化锌摩尔分率（XZnC12）为0.25时,体系达最低熔点20℃。在温度不变的情况下,当XZnC12<0.25时,随着xZnC12的增大,Urea-ZnCl2离子液体的电导率也随之增大；当XZnC12>0.25时,Urea-ZnCl2离子液体的电导率随着XZnC12的增加呈下降趋势；当XZnC12=0.25时,电导率最大。在组成一定的情况下,Urea-ZnCl2离子液体电导率随着温度的升高而升高,黏度随着温度的升高而降低。同一温度下,添加TiCl4后的离子液体电导率更大。此种离子液体的电导率和黏度随温度的变化均符合Arrhenius方程：式中,k0,η0为指前因子；Ek为电导活化能,Eη流动黏度活化能,kJ·mol-1;R为气体常数8.314 J·K-1·mol-1;T为温度,K。实验测定了Urea-ZnCl2离子液体的电化学窗口,相对于Pt电极,它的阳极极限电位为1.2V,阴极极限电位-1.2V,因此,Urea-ZnCl2离子液体的电化学窗口为2.4V。实验采用循环伏安法研究了Urea-ZnCl2离子液体中,电沉积Zn-Ti合金的过程,结果表明：电沉积沉积Zn-Ti合金的反应过程是准可逆过程。在Urea-ZnCl2低共熔溶剂型离子液体中,研究锌钛合金的电沉积,设定单因子电解条件,研究基体材料、电流密度、槽电压、温度等对沉积层形貌以及电流效率等的影响,并通过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,实验得出：槽电压、电流密度、温度较低时（1.3V、1.0mA.cm-2、60℃）所得合金沉积层颗粒细小、独立,但生产效率较低,相反的,槽电压、电流密度或温度较高时（1.8～2.0V.5.0mA·cm-2、80～90℃）,颗粒尺寸较大,电沉积层表面形貌比较致密、均匀平整,附着力好,效果最佳；槽电压、温度过高时（2.2V、100℃）,沉积层晶粒易结成大块,且结合力差。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 钛和锌钛合金的简介
• 1.1.1 钛
• 1.1.2 锌钛合金的发展
• 1.1.3 钛和锌钛合金的性质
• 1.2 钛和锌钛合金的应用
• 1.3 锌钛合金的制备及发展前景
• 1.4 离子液体
• 1.4.1 离子液体的定义
• 1.4.2 离子液体的发展概况
• 1.4.3 离子液体的分类
• 1.4.4 离子液体的物理化学性质
• 1.4.5 离子液体的应用
• 1.5 离子液体电沉积钛及其合金的研究
• 1.6 本课题研究的主要内容和创新点
• 1.6.1 研究内容
• 1.6.2 论文的创新点
• 第二章 离子液体的合成及结构表征
• 2.1 低共熔溶剂型离子液体的合成
• 2.1.1 实验试剂
• 2.1.2 实验仪器
• 2.1.3 低共熔溶剂型离子液体的合成
• 2.1.4 离子液体的结构表征
• 2.2 本章小结
• 第三章 离子液体物理性质分析
• 2离子液体的熔点'>3.1 Urea-ZnCl₂离子液体的熔点
• 2离子液体的电导率'>3.2 Urea-ZnCl₂离子液体的电导率
• 3.2.1 离子液体的组成对电导率的影响
• 3.2.2 温度对电导率的影响
• 4对电导率的影响'>3.2.3 加入TiCl₄对电导率的影响
• 2离子液体的黏度'>3.3 Urea-ZnCl₂离子液体的黏度
• 3.4 本章小结
• 第四章 离子液体的电化学分析
• 4.1 电化学分析测试
• 4.2 离子液体的电化学曲线分析
• 2离子液体体系电化学窗口的测定'>4.2.1 Urea-ZnCl₂离子液体体系电化学窗口的测定
• 2离子液体体系的循环伏安曲线分析'>4.2.2 不同组成比例的Urea-ZnCl₂离子液体体系的循环伏安曲线分析
• 2及Urea-ZnCl₂-TiCl₄体系的循环伏安曲线分析'>4.2.3 Urea-ZnCl₂及Urea-ZnCl₂-TiCl₄体系的循环伏安曲线分析
• 2-TiCl₄体系的循环伏安曲线分析'>4.2.4 不同扫描速率下Urea-ZnCl₂-TiCl₄体系的循环伏安曲线分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 离子液体中锌钛合金的电沉积研究
• 5.1 实验装置
• 5.1.1 电极的处理
• 5.1.2 电解液的配制以及实验装置的准备
• 5.2 电沉积层的分析
• 5.2.1 电沉积层的EDS分析
• 5.2.2 电沉积层的XRD分析
• 5.3 基体的影响
• 5.3.1 恒电流沉积过程的时间—槽电压曲线
• 5.3.2 基体对电流效率与合金相对含量的影响
• 5.3.3 基体对沉积层形貌的影响
• 5.4 槽电压的影响
• 5.4.1 槽电压对电流效率的影响
• 5.4.2 槽电压对锌钛相对含量的影响
• 5.4.3 槽电压对沉积层形貌的影响
• 5.5 电流密度的影响
• 5.5.1 电流密度对电流效率的影响
• 5.5.2 电流密度对锌钛相对含量的影响
• 5.5.3 电流密度对沉积层形貌的影响
• 5.6 温度的影响
• 5.6.1 温度对电流效率的影响
• 5.6.2 温度对锌钛相对含量的影响
• 5.6.3 温度对沉积层形貌的影响
• 4添加量的影响'>5.7 TiCl₄添加量的影响
• 4添加量对电流效率的影响'>5.7.1 TiCl₄添加量对电流效率的影响
• 4添加量对锌钛相对含量的影响'>5.7.2 TiCl₄添加量对锌钛相对含量的影响
• 4添加量对沉积层形貌的影响'>5.7.3 TiCl₄添加量对沉积层形貌的影响
• 5.8 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 攻读硕士学位期间发表的论文