低温熔盐中镍及其合金的电化学制备及动力学过程研究

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近年来,Ni及其合金因具有抗腐蚀性、磁性和电催化性能而得到广泛应用。其中,Ni-Al合金是一种潜在的高温结构材料、Ni-Mg-Al合金和Ni-La合金被认为是很有开发前景的储氢材料。本论文研究了金属Ni及Ni-Al合金、Ni-Mg-Al合金和Ni-La合金的电化学制备及动力学行为。通过循环伏安法研究了尿素(67 wt%)-乙酰胺(21wt%)-NaBr(12 wt%)低温熔盐的电化学窗口。结果表明,该熔盐在-1 V~1.2 V的电位范围内性质稳定,其电化学窗口为2.2 V。同时,通过循环伏安法、计时电流法、计时电位法研究了 N2+在尿素-乙酰胺-NaBr熔盐体系中的动力学过程,应用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)对沉积物进行了表征。结果表明,Ni2+在钨电极上的还原反应为一步两电子的不可逆反应,Ni2+在该体系中的扩散系数为3×10-6cm2·s-1左右,Ni在该熔盐中遵循三维连续成核。在-0.8V电沉积出的Ni镀层随着沉积时间的延长,颗粒数量逐渐增多。另外,采用循环伏安、计时电流、计时电位等电化学测试手段研究了Ni2+-Al3+在尿素-乙酰胺-NaBr熔盐中的动力学行为,并应用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)对沉积物进行了表征。结果表明,Al可以与Ni发生共沉积形成Ni-Al合金,其相成分为Ni和Al4Ni3。合金镀层由一些均匀、致密、紧凑的球形颗粒组成。随着阴极电位的增大,沉积颗粒的尺寸不断变大,电沉积层的粗糙度也不断增高。Ni-Al在该熔盐中的成核过程为三维瞬时成核。然后,通过循环伏安法、计时电流法和计时电位法研究了 Ni2+-Al3+-Mg2+在尿素-乙酰胺-NaBr熔盐中的电化学行为,并应用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)对沉积物进行了表征。结果表明,393 K下在尿素-乙酰胺-NaBr-NiCl2-AlCl3-MgCl2熔盐中电沉积得到Ni-Mg-Al合金,电沉积得到的薄膜由Ni、MgAl2O4、AlNi3构成。合金在钨电极上先发生Ni2+的还原,然后是Al3+和Mg2+共同沉积,成核过程遵循三维瞬时成核。金属离子在熔盐中扩散系数的数量级在10-5cm2·s-1左右。最后,通过循环伏安法、计时电流法和计时电位法研究了 Ni2+-La3+在尿素-乙酰胺-NaBr熔盐中的电化学行为,并应用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)对沉积物进行了表征。结果表明,La3+不能单独还原出来,但可以在镍的诱导下与镍共沉积得到Ni-La合金。393 K下电沉积得到Ni-La合金薄膜呈现出由圆形颗粒团聚而成花椰菜状的结节形貌,且此薄膜由Ni、La23、LaNi5组成。393 K下合金在钨电极上的成核过程遵循三维瞬时成核,且金属离子在此熔盐中的扩散系数在10-7cm2·s-1数量级。
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