电极/反相微乳液体系的构建及其在纳米电沉积中的应用

论文摘要

反相微乳液体系的分散相可作为微反应器或模板,制备出各种结构和形貌的纳米材料。反相微乳制备技术实质是利用纳米水池的相对独立性和可通过互相碰撞进行物质交换,从而实现化学反应制备纳米微粒,因而这种合成方法只能合成相对独立的纳米颗粒,而不能在指定的基材表面原位生成具有纳米特性的功能材料。电化学技术作为一种有效的合成和分析方法在能量转换、生物、熔盐和腐蚀科学等领域倍受关注。在电化学反应体系中,通常水溶液、有机溶液及熔融盐被用作电解质,反相微乳液因其极低的电导率而尚未被用于电沉积。本文以聚乙二醇辛基苯基醚（Triton X-100）为表面活性剂,与正己烷、正己醇和含盐酸的水溶液构成反相微乳液,并加入K3Fe（CN）6作为电化学电子探针,采用循环伏安法（CV）和电化学阻抗谱（EIS）研究了K3Fe（CN）6在此反相微乳液中的电化学行为。研究结果表明水相中盐酸的浓度的增加导致反相微乳液的导电率增加,从而影响的K3Fe（CN）6电化学行为。当水相中盐酸的浓度为0 mol?L-1时（pH≈7）,W/O微乳液的电导率仅为1.2μS?cm-1,K3Fe（CN）6几乎不能在玻碳电极（GC）上进行反应;但当盐酸的浓度大于3 mol?L-1时,W/O微乳液具有良好的导电性,同时K3Fe（CN）6也表现出良好的电化学反应特性。CV和EIS研究结果表明,Fe（CN）63-/Fe（CN）64-在水溶液体系中的电化学反应为可逆过程,仅受扩散步骤控制,而在W/O微乳液中Fe（CN）63-/Fe（CN）64-的电化学反应则是个准可逆的过程,受扩散和电子传递步骤同时控制。这些差异可能是由于W/O微乳液具有独特的液相结构和物质传输方式所致。将含有氯化金的强酸性水溶液作为水相与Triton X-100、正己醇、正己烷组成反相微乳液体系,并以该微乳液为电解质溶液构成电极/反相微乳液电极系统,利用电沉积方法成功地制备出纳米Au镀层。循环伏安和交流阻抗对反相微乳液体系电沉积过程的研究发现,微乳液中Au（Ш）的还原为完全不可逆过程,其电化学反应的阻抗值约为具有相同表观浓度氯化金水溶液体系的5.5倍。SEM研究结果表明,由微乳液体系电沉积获得的金镀层由纳米Au颗粒组成,直径为50 nm左右。由于具有较大的比表面积,所制备的纳米Au修饰电极电化学性能优于纯Au电极,该电极在酸性条件下有较好的析氢性能,在碱性条件对丙三醇有较好的电催化氧化性能。以十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）为表面活性剂,正丁醇为助表面活性剂,正辛烷为油相,NiSO4和盐酸溶液为水相配制出反相微乳液（W/O）、双连续相微乳液（B.C.）和液晶（L.C.）三种体系,并与电极构成特殊的电化学反应系统,在电极表面进行电沉积镍镀层。采用线性电位扫描（LSV）和电化学阻抗谱研究了Ni2+在此三种体系中的电沉积行为,结果表明Ni2+电沉积过程在此三种体系中有比较大的差异。SEM研究表明,反相微乳液体系中制备出的镍镀层由较致密的纳米颗粒组成,直径为60～80 nm;双连续相微乳体系中制备出的镍镀层颗粒较大且分布不均匀,直径为100～300 nm;而由液晶体系所制备的镍镀层比较平整,且镀层中夹杂着约100 nm镍微粒。由于镀层表观形貌上的差异而导致比表面积的不同,所制备镍镀层修饰的镍电极在H2SO4水溶液中的致钝电流产生明显差异。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 微乳液的基本理论
• 1.1.1 微乳液的定义
• 1.1.2 微乳液的分类
• 1.1.3 微乳液的结构
• 1.1.4 微乳液的形成机理
• 1.1.5 微乳液的制备方法
• 1.2 纳米材料概论
• 1.2.1 纳米粒子的性质
• 1.2.2 纳米粒子的制备方法
• 1.3 微乳法制备纳米粒子
• 1.3.1 微乳法制备纳米粒子基本机理
• 1.3.2 微乳法制备纳米粒子的影响因素
• 1.3.3 微乳液在制备纳米材料中的应用
• 1.4 纳米材料的电沉积
• 1.4.1 电沉积纳米材料的原理
• 1.4.2 纳米材料电沉积工艺的特点
• 1.4.3 电沉积在几类新型纳米材料中的应用
• 1.5 课题选择及意义
• 3FE（CN）₆ 的电化学行为研究'>第2章 W/O 微乳液中K₃FE（CN）₆的电化学行为研究
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 实验药品
• 2.1.2 实验仪器
• 2.1.3 微乳液的配制
• 2.1.4 微乳液电导率的测量
• 2.1.5 微乳液结构的测量
• 2.1.6 电化学测试
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 微乳液的电导率
• 3Fe（CN）₆ 在W/O 微乳液中的电化学行为'>2.2.2 K₃Fe（CN）₆ 在W/O 微乳液中的电化学行为
• 2.3 小结
• 第3 章电极/反相微乳液体系电沉积制备纳米金镀层
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 实验药品
• 3.1.2 实验仪器
• 3.1.3 微乳液的配制
• 3.1.4 纳米金镀层的制备
• 3.1.5 金镀层的微观形貌检测
• 3.1.6 电化学测试
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 Au 沉积的循环伏安曲线
• 3.2.2 Au 沉积的电化学阻抗
• 3.2.3 微乳液体系沉积的金镀层的微观形貌
• 3.2.4 纳米Au 修饰电极的电化学性能
• 3.3 小结
• 第4 章 W/O、B.C.和L.C.体系电沉积制备镍镀层
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 实验药品
• 4.1.2 实验仪器
• 4.1.3 W/O、B.C.和L.C.体系的配制
• 4.1.4 镍镀层的制备
• 4.1.5 电化学测试
• 4.1.6 SEM 研究
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 微乳液的电导率
• 4.2.2 电沉积过程的电化学行为
• 4.2.3 镍镀层的微观形貌
• 4.2.4 镍镀层的阴极极化曲线
• 4.3 小结
• 结论
• 参考文献
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录
• 致谢