脉冲电沉积制备Ti基复合阳极材料及其性能的研究

论文摘要

我国有色金属资源丰富,Zn、Cu、Ni、Co等有色金属湿法冶金电积提取广泛使用Pb-Ag合金阳极,但客观存在析氧电位较高、力学和导电性能较差及阳极溶解污染电解液等不足,新型复合阳极材料能充分发挥材料组元复合的协同优势,倍受人们关注。本论文采用脉冲电沉积技术,在基体Ti上制备了Pb-WC-PANI复合阳极材料。通过掺杂态导电PANI颗粒和WC活性颗粒与Pb2+的直流、脉冲电沉积,制备了Ti/Pb-WC-PANI复合阳极材料。研究了电沉积方式及掺杂态导电PANI和WC活性颗粒共同与Pb2+沉积时的复合阳极材料析氧电催化活性,测试了阳极极化曲线、循环伏安曲线、塔菲尔曲线,获得了在硫酸与硫酸锌溶液中的析氧动力学参数、电极反应可逆性、伏安电荷、腐蚀电位及腐蚀电流等电化学性能参数。考察了复合惰性阳极材料的表面、截面组织特征与成分分布。脉冲电沉积制备的Ti/Pb-WC-PANI复合阳极材料组织结构致密、成分分布均匀、界面结合紧密、析氧电催化活性和耐腐蚀性能较好。研究了脉冲电沉积时,掺杂态导电PANI和WC活性颗粒浓度、平均电流密度及脉冲导通时间对Ti/Pb-WC-PANI复合阳极材料析氧性能的影响规律,优化出了较佳的制备工艺条件。与Pb-1.0wt%Ag合金惰性阳极材料相比,PANI和WC活性颗粒共同沉积到基质金属Pb中都有降低锌电积过程析氧过电位的作用,同时,交换电流密度和电催化表面积也明显高于Pb-1.0wt%Ag合金阳极材料。在50g/LZn2+、150g/LH2SO4溶液中及35℃时,进行了Ti/Pb-WC-PANI复合阳极材料与Pb-1.0wt%Ag合金阳极材料的锌电积应用模拟实验对比研究。Ti/ Pb-WC-PANI复合阳极材料在锌电积时的槽电压比Pb-1.0wt%Ag合金阳极材料的槽电压降低了300mV,表现出了非常好的节能潜力。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 钛基阳极材料的国内外研究现状
• 1.2.1 电极材料的基本要求
• 1.2.2 钛基金属氧化物阳极的分类
• 1.2.3 钛基二氧化锰阳极材料的研究进展
• 1.2.4 钛基二氧化铅阳极材料的研究进展
• 1.2.4.1 钛基二氧化铅电极
• 1.2.4.2 新型钛基二氧化铅电极
• 1.2.4.3 掺杂钛基二氧化铅电极
• 1.2.5 钛基铂族系阳极材料的研究进展
• 1.3 脉冲电沉积技术的应用前景
• 1.3.1 脉冲电沉积的发展
• 1.3.2 脉冲电沉积的优点
• 1.3.3 脉冲电镀技术的应用
• 1.3.3.1 脉冲电沉积贵金属
• 1.3.3.2 脉冲电沉积普通金属以及合金
• 1.3.3.3 脉冲电沉积纳米晶
• 1.3.4 当前电沉积的热点
• 1.4 论文的研究意义和内容
• 1.5 创新与特色
• 第二章 理论基础
• 2.1 脉冲电沉积原理
• 2.2 复合电沉积原理
• 2.2.1 复合电沉积的条件
• 2.2.2 复合电沉积的机理
• 2.3 电极材料的选择
• 2.3.1 基体钛的优点
• 2.3.2 底层的选择
• 2.3.3 掺杂颗粒的选择
• 2.3.3.1 WC的性质
• 2.3.3.2 聚苯胺性质
• 第三章 实验方法
• 3.1 实验仪器及试剂
• 3.2 电解液组成及工艺参数
• 3.3 工艺流程
• 3.3.1 喷砂
• 3.3.2 化学除油
• 3.3.3 水洗
• 3.3.4 酸浸蚀
• 3.3.5 打底
• 3.3.6 活性层镀液的配制
• 3.4 复合阳极材料性能的表征方法
• 3.4.1 外观的检验
• 3.4.2 结合力的检验
• 3.4.3 沉积速率的测定
• 3.4.4 稳态极化曲线的测定
• 3.4.5 表面形貌观察及晶体结构分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 Pb-WC-PANI复合阳极材料的制备及其性能的研究
• 4.1 导通时间对析氧动力学参数及阳极其他性能的影响
• 4.2 平均电流密度对析氧动力学参数及阳极其他性能的影响
• 4.3 PANI质量浓度对析氧动力学参数及阳极其它性能的影响
• 4.4 WC质量浓度对析氧动力学参数及阳极其他性能的影响
• 4.5 本章小结
• 第五章 几种阳极材料的性能比较
• 5.1 不同阳极材料电化学性能的探讨
• 5.1.1 稳态极化曲线
• 5.1.2 Tafel曲线
• 5.1.3 循环伏安曲线
• 5.1.4 交流阻抗曲线（EIS）
• 5.2 表面形貌观察
• 5.3 成分分析
• 5.4 XRD分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 Pb-WC-PANI复合阳极材料在锌电积中的应用
• 6.1 槽电压的测定
• 6.2 电流效率的测定
• 6.3 Pb-WC-PANI复合阳极材料的强化寿命
• 6.4 本章小结
• 第七章 结论及展望
• 7.1 主要结论
• 7.2 课题展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录A （攻读硕士期间发表的论文）