942ActaPhys.?Chim.Sin.,2008V01.24
值对比图,可以看出与理论三维瞬时成核过程大致
符合,说明Al在铝电极上的成核机理为三维瞬时成
核过程.
2.4恒电位沉积金属铝
研究了离子液体2A1C13/Et.#lI-ICl中铝片电极上
恒电位沉积金属铝的工艺条件,考察了电位、时间和
温度等条件对电流效率和沉积铝形貌的影响.
2.4.1电位的影响
图5为室温不同电位条件下电解1h的电流
效率图,图6为电解铝的SEM图.图5表明,电位
在一2.4V时电流效率最高.从图6中可看出,在电位
为一2.3V时,沉积的Al颗粒比较分散并有空隙,而
在一2.4、一2.5和一2.6V后,形貌都类似,虽覆盖了整
个电极,但局部都有堆积情形,可能是电极面积比较小、电位较高、电流较大、电解时间较长导致的.因在一2.4V时电流效率最高,故选一2.4V来考察时问和温度对电解的影响.
2.4.2时间的影响
在室温和一2.4V电位下,不同电解时间下的电流效率见图7,沉积铝的SEM图见图8.由图7可知,电解时间为20min时电流效率最高,随着电解时间增加,电流效率逐步降低.随电解时间增加,电流消耗在电解杂质电阻上、导线和接触点电阻上增加,导致电流效率降低;随着电解时间的增加,沉积的铝增多,样品流失到电解质中的也增多而导致电流效率降低.由图8可看出,电解时间为20和30min时的形貌比较致密和平整.随着电解时间的增加,如90min时表面形貌出现局部堆积,可能是电
-260-2.55-250-245-2.40-2.35—2.30—225
E/V(vsPt)
图S离子液体2AICI/Et3NHCl中铝电极上不同电位下
沉积Al的电流效率图
Fig.5Currentefficiencyof
aluminumelectrodepositspreparedonA1substratesfrom
2AICl3/Et3NHCIionicliquidatroomtemperaturewinldifferentpotentialsfor1helectrolysis
图6离子液体2AICIJEt翘qHCl中不同电位下铝电极上
沉积Al的SEM图
Fig.6
SEMmicrographsofaluminumelectrodepositspreparedonAlsubstratesfrom2AICl3/Et小IHCIionicliquidat
roomtemperatarewithdifferentpotentials
for1helectrolysis
剧V(vsPt):a)-2.3,b)-2.4,c)-2.5,d)-2.6
极面积小而电解时间长,电极表面覆盖满后,已沉积铝的表面没有新鲜电极表面光滑和平整,铝继续沉积会出现局部堆积现象.故选电解时间20min来考察温度的影响.
2.4.3温度的影响
图9为电位一2.4V和电解时间20min条件下,不同温度条件下电沉积电流效率图,图10为不同温度条件下的SEM图.由图9可知,电解温度为室温时电流效率最高,随温度升高,电流效率都很低.这是
,/mIn
图7离子液体2AICl3/Et=INHCI中不同时间铝电极上
沉积Al的电流效率图
Fig.7Currentefficiencyofaluminumelectro-
depositspreparedonAIsubstratesfrom2AICIJ
Et小/HCIionicliquidat一2.4V(vsPt)wiⅡldifferentelectrolysis
timesatroomtemperature
∞∞舳加砷∞∞如加m
o
NO.6高丽霞等:离子液体AICI:{,!Et:jNHcl中电移c积法制备金属铝943
图8离子液体2AICl3/Et小IHCl中不同时I司铝电极上沉积AI的SEM图Fig.8
SEMmicrographsofaluminumelectrodepositspreparedonAIsubstratesfrom2AICl3/Et弘NHCIionicliquidat一2.4VfnsPt)withdifferentelectrolysis
timesatroomtemperature
t/min:a)20;b)30;c)45;d)90
因为温度升高,离子液体的电导率升高,电流增大,能谱图中各组分的含量.从图11(b)和表1可看出,电流损耗也增大,故电流效率降低.从图lo可看出,Al的峰很强,含量达到96%劬)以上;还可看出含有温度升高,沉积的铝变得比较松散,可能由于温度升少量的氧,由于会属Al比较活泼,这可能是样品接高、电流增大、沉积速度加快,形貌没有室温时致密.触到空气被氧化造成的;还含有少量的氯,这是由所以,在此电极尺寸下电解电位一2.4V,电解时问20于样品处理时没有洗干净,离子液体中的元素氯残min,室温时电流效率达73%,形貌最好.
2.5沉积铝的纯度
图ll(a)为测得的在一2.4V(vsPt)、80℃时电解
20min的SEM图,图11(b)为对应图ll(a)中所划定
区域内沉积Al纯度的能谱图.表l为对应图ll(b)
图9离子液体2AICIdEt,NHCI中不同温度下铝电极上
沉积Al的电流效率图
Fig.9Currentefficiencyof
aluminumelectro-depositspreparedonAlsubstratesfrom2AICI/
Et弘NHCIionicliquidat-2.4VfnsPt)withdifferenttemperaturesfor20minelectrolysis图10离子液体2AICl3/Et3NHCI中不同温度下铝电极上
沉积Al的SEM图
Fig.10
SEMmicrographsofaluminumelectro-depositspreparedonAIsubstratesfrom2AICl3/
Et正NHCIionicliquidat-2.4V(vsPt)withdifferenttemperaturesfor20minelectrolysis
刀℃:a)25,b)70
944ActaPhys.一Chim.Sin.,2008V01.24
图11(a)离子液体2A1C13/Et≈NHCl中在一2.4V(w
Pt)、80℃、电解20min条件下在铝电极上沉积AI的SEM图,(b)图(a)中所划定区域的能谱图
Fig.11(a)SEMmicrographofelectrodepositedAl
onAlsubstratefrom2AICl3/Et小IHClionicliquidat-2.4V(vsPt)for20minelectrolysisat80oC。and
(b)EDAXprofilefortheareashownintheSEM
micrograph(a)
表1图llb中各元素的含量
Table1ContentoftheelementinFig.11(b)
Ⅲ:massfraction.工:atomicfraction
留到样品上造成的.总的来说沉积Al的纯度是比较高的.
3结论
(1)不同比例AICIJEtJN-HCI离子液体的电导率随温度升高而升高,符合Arrhenius规律.
(2)在2A1C1JEb,NHCI离子液体中,在铝电极上的循环伏安研究结果表明有一个明显的成核罔,说明在铝电极表面上沉积过程可能是成核控制过程;计时电流试验结果表明,Al在铝电极上的成核机理为三维瞬时成核过程.
(3)在铝片(5mmx6mill)电极上的恒电位电解结果显示,存电位一2.4V(vsPt),电解时间20min,室温时形貌比较致密和平整,电流效率高达73%.(4)在2Alcl:;/Et3NHCI的离子液体中沉积铝的纯度达到96%(w)1.以Iz.
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作者单位:中国科学院过程工程研究所,绿色过程与工程院重点实验室,北京,100190
刊名:
物理化学学报
英文刊名:ACTA PHYSICO-CHIMICA SINICA
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