极端电化学条件下电沉积银的生长及表征

论文摘要

随着材料科学与技术的发展,新型纳米材料的研究受到科学工作者的广泛关注。而纳米材料的性能与其形貌密切相关,目前形貌和粒径大小可控纳米材料的制备成为研究的热点。纳米银材料因其稳定的物理化学性能,在电学、光学、催化等众多方面具有广泛的应用而备受关注。纳米材料的制备方法有很多,电沉积是用于制备功能电极材料和催化表面的方法之一。传统的电沉积通常忽视了极端条件的情况,而该条件下电沉积的研究对深入认识电结晶机理及开发新型材料具有重要的理论参考价值。本文在无支持电解质的稀硝酸银溶液中,在导电玻璃电极上通过恒电流电沉积的方法研究了工艺条件对沉积产物形貌的影响,并对所得产物进行了表征,为深入探究新型功能纳米膜的制备提供了一定的理论依据。主要内容如下:简要概述了金属电极过程和电结晶原理,综述了金属电沉积及纳米银电沉积的研究进展,简要介绍了分形理论以及电沉积中的分形生长和纳米材料性能的表征手段。探讨了PEG1000和溶液pH值对银沉积产物形貌的影响。SEM表征表明,在含有一定浓度范围PEG1000的稀AgNO3水溶液中,一定浓度的PEG1000有利于银规则晶体的生长;在本文实验条件下,由于浓度极化和H+的作用以及基体的改变,破坏了银晶体生长的各向同性,还出现了几种具有分形特性结构的银枝晶。在极端电化学条件下,采用恒电流的方法研究了电极因素对银沉积产物形貌的影响。结果表明,电极间距离、阳极形状、阴阳极面积比和电沉积方法显著影响沉积产物的形貌,而电极放置方式除影响其形貌,还影响沉积产物聚集体的大小。且发现在本实验中,银的电沉积生长过程存在着类似普通结晶过程中的熟化现象。XRD谱图表明本实验条件下所得银沉积产物具有面心立方结构。初步探讨了电沉积过程中银枝晶的分形生长现象,用三角棱柱法计算结果表明,在一定的电流密度、电解液浓度和电沉积时间范围内,银沉积产物的分形维数随着电流密度的增大、溶液浓度的增加和时间的延长有一定的波动性,但总体上呈现出上升趋势。对本实验条件下所得银膜进行紫外吸收表征和循环伏安性能测试,制备的银膜与块体银相比,由于粒径减小,吸收峰出现“蓝移”;以烟碱分析中,SCN-在电极上的反应为探针,检测表明,电沉积银膜修饰导电玻璃电极比纯银电极具有更强的电活性。采用恒电流电沉积的方法初步探讨了非传统条件下铂的电沉积,在一定的范围内,电流密度和电解液浓度影响沉积产物的粒径大小,对产物的形貌影响不大,均为球形粒子。实验证明,本工艺区别于传统溶胶-凝胶法,而以简单的直接电沉积制备的纳米铂层修饰电极对甲醇燃料电池和葡萄糖传感反应具有明显的催化效应。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 金属电沉积原理概述
• 1.1.1 电极/溶液界面结构及电极过程
• 1.1.2 金属电结晶理论概述
• 1.2 银电沉积研究进展
• 1.2.1 金属电化学沉积研究简介
• 1.2.2 电沉积银研究进展
• 1.3 电沉积中的分形生长及产物性能表征概述
• 1.3.1分 分形理论简介及银电沉积中的分形生长
• 1.3.2 金属纳米材料性能的表征
• 1.4 选题的主要依据及工作总体思路
• 1.4.1 选题的主要依据及目标
• 1.4.2 工作总体思路
• 第二章 实验方法
• 2.1 主要仪器和试剂
• 2.1.1 金属银、铂制备及表征的主要仪器
• 2.1.2 电化学测试仪器设备
• 2.1.3 试剂
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 工作电极的预处理
• 2.2.2 实验方法
• 2.2.3 样品的表征
• 第三章 工艺条件对非传统电沉积银形貌的影响及熟化现象
• 3.1 不同电解液条件（PEG1000、pH 值）对银电沉积产物形貌的影响
• 3.1.1 PEG1000 对电沉积产物形貌的影响
• 3.1.2 pH 值对银电沉积产物形貌的影响
• 3.2 电极因素对电沉积银产物形貌的影响
• 3.2.1 电极间距离对银沉积产物形貌的影响
• 3.2.2 阳极形状对银沉积产物形貌的影响
• 3.2.3 阴阳极面积比对银沉积产物形貌的影响
• 3.2.4 电极放置方式对银沉积产物形貌的影响
• 3.2.5 循环伏安法电沉积金属银
• 3.3 电沉积银生长过程中的熟化现象
• 3.4 本章小结
• 第四章 极端电化学条件下电沉积银分形生长及沉积银的表征
• 4.1 银电沉积过程的分形研究
• 4.1.1 电解液浓度对沉积产物形貌分形维数的影响
• 4.1.2 电流密度对沉积产物形貌分形维数的影响
• 4.1.3 电沉积时间对沉积产物形貌分形维数的影响
• 4.2 银沉积产物的 X 射线衍射分析及紫外—可见光谱表征
• 4.2.1 银沉积产物的X 射线衍射分析
• 4.2.2 银沉积产物的紫外—可见吸收光谱表征
• 4.3 电沉积银修饰电极的电化学性能初探
• 4.3.1 银修饰电极的制备
• 4.3.2 银修饰电极的电活性
• -的循环伏安响应'>4.3.3 银修饰导电玻璃电极上SCN^-的循环伏安响应
• 4.4 本章小结
• 第五章 非传统条件下铂的电沉积初探
• 5.1 铂的电沉积简介
• 5.2 工艺条件对铂电沉积产物形貌的影响初探
• 5.2.1 电流密度对铂电沉积产物形貌的影响
• 5.2.2 电解液浓度对铂电沉积产物形貌的影响
• 5.2.3 金属铂电沉积产物的其它形貌
• 5.3 本章小结
• 全文总结
• 参考文献
• 致谢