离子液体电沉积

离子液体具有电化学窗口宽,热稳定性良好和结构性能可调等独特的物理化学性质,是一种有着广阔应用前景的电沉积介质.本文介绍了离子液体电沉积的发展历程、典型的离子液体电沉积体系结构组成及其中的重要科学问题,并综述了近15年来离子液体电沉积的研究进展.本文详细介绍了五种不同类型离子液体中金属/合金的电沉积过程,包括卤素金属酸盐型离子液体、空气和水稳定型离子液体、低共熔溶剂、含金属阳离子型离子液体和质子型离子液体,并且系统概述了调节因素如沉积条件(电流密度、沉积模式、沉积时间、温度)和电解质成分(阴离子、阳离子、金属盐、添加剂、水分)对于沉积物形貌、组成、微观结构和性质的影响规律.之后,重点介绍了离子液体在半导体电沉积中的研究进展.最后,指出了目前离子液体电沉积在基础理论和技术研究中面临的挑战,并展望了其未来在电子信息领域的发展前景.     

离子液体在电化学中的应用

离子液体作为绿色替代溶剂在电化学中的应用涉及电解、电镀、电催化、电池和电容技术等 ,在全球环境问题日益严峻的今天 ,电化学及其技术将显示重要作用。本文就离子液体这一新型的反应介质及其在电化学中的应用和研究进展加以阐述     

离子液体及其在电分析化学中的应用

离子液体由于具有导电性好、电化学电位窗口宽等特点而广泛应用于电分析化学领域.本文综述了2007年至2010年5月间,离子液体在电分析化学领域中的应用情况,引用参考文献111篇.     

常温下从离子液体电解液中电沉积金属钴

研究了离子液体镀液中Co、Zn的共沉积行为。ZnCl2-EMIC -CoCl2电解液的循环伏安曲线上出现了三个电流峰,对应的电极电位分别为250mV、50mV、-200mV（vs. Zn2+/Zn）。结合EDS成分分析,可断定这三个电流峰分别对应着Co的电沉积、Co电极上Zn的欠电位沉积和Co-Zn合金的电沉积。恒电位沉积表明,当控制阴极电位在100 mV（vs. Zn2+/Zn）左右时,可得到高纯度的钴镀层;若进行恒电流沉积,则当电流密度为85mA/cm2左右时能够得到高纯度的钴镀层。对Co、Zn的共沉积机理研究表明,Co的电沉积过程和Zn 在Co上的欠电位沉积过程均受扩散过程控制。     

离子液体中钴的电沉积行为

在含有氯化钴的室温离子液体氯化1-甲基-3-乙基咪唑(EMIC)和乙二醇(EG)体系中研究了金属钴的电沉积. 循环伏安法测试表明, 在EMIC-CoCl2熔盐中, 乙二醇的加入促进了EMIC的解离, 从而使氧化还原电流增大, 在EMIC-CoCl2-EG体系中钴的电沉积是受扩散控制的非可逆电极过程, 在该电解液体系中, Co(II)在Pt电极上的传递系数α为0.30, 扩散系数D0为4.16×10^-6 cm·s^-1; 计时电流法研究表明, 钴在铂电极上的电结晶过程符合三维连续成核的生长机理; 场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)观察镀层的微观形貌显示, 金属钴的结晶细小. XRD分析证实, 镀层为纯钴, 沉积的钴是晶态和微晶态的混合物, 并且晶粒尺寸为纳米级.     

1-4丁炔二醇和乙二胺对离子液体电沉积Cu的影响

研究了1-4丁炔二醇和乙二胺作为添加剂对在离子液体1-甲基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐中电沉积Cu的影响。紫外可见光吸收光谱结果表明,当采用1-4丁炔二醇作为添加剂时,1-4丁炔二醇吸附在工作电极表面且未与溶液中的Cu²⁺形成配合物。扫描电镜测试结果表明由于1-4丁炔二醇与离子液体的正离子的竞争吸附使得Cu的沉积电势发生正移并使镀层表面更加均匀平整。当采用乙二胺作为添加剂时,紫外可见光吸收光谱和循环伏安测试结果表明乙二胺与溶液中的Cu²⁺离子形成带有正电荷的络合离子使得Cu的沉积电势发生正移,扫描电镜和原子力显微镜测试结果表明得到了更加均匀的镀层。当同时加入1-4丁炔二醇和乙二胺时,Cu的沉积电势仍然发生正移并得到具有纳米粒径的镀层。     

离子液体电沉积CuIn_xGa_(1-x)Se_2薄膜(英文)

采用循环伏安法(CV)对离子液体Reline中三元CuCl2+InCl3+SeCl4体系和四元CuCl2+InCl3+GaCl3+SeCl4体系的电化学行为进行了研究。研究表明,In3+并入三元CIS(Cu-In-Se)薄膜体系和Ga3+并入四元CIGS(Cu-In-Ga-Se)薄膜体系均有两种途径:一是发生共沉积,二是直接还原。利用电感耦合等离子体发射光谱(ICP)和扫描电镜(SEM)对沉积电势、镀液温度和主盐浓度对CIGS薄膜组成、镀层表面形貌的影响进行了测试,结果表明通过工艺参数的选择可以控制Ga/(Ga+In)和CIGS薄膜组成并得到化学计量比为Cu1.00In0.78Ga0.27Se2.13的薄膜。     

离子液体[BMIM]PF_6中铬的电沉积行为

以一氯丁烷、N-甲基咪唑和KPF6为原料,合成了1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体([BMIM]PF6),用红外光谱(IR)对产物进行了结构分析.用循环伏安法测试该离子液体在85℃下的电化学窗口为4.7 V.考察了[BMIM]PF6-Cr(Ⅲ)电解液的电化学行为,结果表明,在85℃下Cr(Ⅲ)的还原过程是受扩散控制的一步还原不可逆过程,Cr(Ⅲ)的传递系数α=0.023,阴极扩散系数D0=1.142×10-6cm2/s.在85℃和-1.5 V条件下,用恒电势法在铜片上电沉积Cr(Ⅲ),并通过扫描电子显微镜(SEM)观察了铜片上镀层的表面结构,发现该镀层呈颗粒状,且颗粒的体积随沉积时间的延长而增大.X射线能量色散谱(EDS)和X射线粉末衍射(XRD)测试结果表明,该镀层为无定形的金属铬.     

采用AlCl_3-EMIC-MgCl_2室温离子液体电沉积制备铝-镁合金（英文）

采用恒电流和恒电位技术,以及路易斯酸氯化铝(III)-1-乙基-3-甲基咪唑氯化物离子液体中添加氯化镁(II),室温下在铂和铜阴极表面电沉积制备了铝-镁合金.合金层中镁的含量随离子液体中氯化镁浓度和所施加的阴极电流密度的增加而增加.采用X-射线衍射谱(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和能量散射X-射线谱(EDAX)技术,研究了不同电沉积实验条件得到的电沉积层的晶体结构及表面形貌.增加沉积电流密度,可以制备出致密、光亮和结合力良好的电沉积层.铝-镁合金电沉积的阴极电流效率可达99%.应用电化学石英晶体微天平(EQCM)技术研究了电沉积合金的组成.根据重声阻抗分析得到的质量-电荷(m-Q)曲线斜率计算了金属共沉积层的化学成分.     

离子液体中电沉积制备钴纳米线阵列

Porous anodic alumina (PAA) was used as a template to prepare Co nanowires array from 1-ethyl-3-methylimidazolium chloride ionic liquid by direct current method. The surface morphology of porous anodic alumina template was observed by field emission-scanning tunneling microscopy (FE-SEM) before and after the electrodeposition of Co nanowires. The electrodeposition of Co nanowires was characterized by transmission electron microscopy (TEM) and X-ray powder diffraction (XRD). TEM results indicate that the Co nanowire surface is coarse and porous when aqueous solution was used as electrolyte， and the Co nanowire deposited from the ionic liquid is uniform and smooth. XRD results show that the electrodeposition of Co is a mixture of crystal and microcrystal phase.     

Electrodeposition in Ionic Liquids

Due to their attractive physico‐chemical properties, ionic liquids (ILs) are increasingly used as deposition electrolytes. This review summarizes recent advances in electrodeposition in ILs and focuses on its similarities and differences with that in aqueous solutions. The electrodeposition in ILs is divided into direct and template‐assisted deposition. We detail the direct deposition of metals, alloys and semiconductors in five types of ILs, including halometallate ILs, air‐ and water‐stable ILs, deep eutectic solvents (DESs), ILs with metal‐containing cations, and protic ILs. Template‐assisted deposition of nanostructures and macroporous structures in ILs is also presented. The effects of modulating factors such as deposition conditions (current density, current density mode, deposition time, temperature) and electrolyte components (cation, anion, metal salts, additives, water content) on the morphology, compositions, microstructures and properties of the prepared materials are highlighted.     

镁合金于离子液体中电镀铝之研究

本研究利用AlCl3-EMIC离子液体在AZ91D镁合金表面电镀铝金属,探讨离子液体组成及电流密度对电镀层性质的影响.研究结果显示铝金属可以成功地电镀于AZ91D镁合金表面上.在-0.2 V的电位下,在60 m/o AlCl3离子液体中可以获得较佳的电镀铝层.另外,在低定电流密度下进行电镀,电流效率较佳,镀层较厚.于3.5%NaCl(by mass)溶液中,铝金属镀层可以大幅提升镁合金之开路电位,并使其表面活性下降.电化学交流阻抗频谱分析显示,镁合金裸材于3.5%NaCl(by mass)水溶液中之极化阻抗值约为470~510Ω.cm2,镀铝之镁合金极化阻抗值则可提升至5200Ω.cm2.极化曲线则显示,镀铝之镁合金可以被钝化,其钝化电流密度低至5×10-5A/cm2.     

Electrodeposition of Metals and Semiconductors in Air‐ and Water‐Stable Ionic Liquids

In addition to their stability, the advantages of air‐ and water‐stable ionic liquids over chloroaluminate ionic liquids, which were intensively investigated in the past, are that they are easy to dry, purify, and handle. Moreover, some of these ionic liquids have an extremely large electrochemical window of more than 5 V, and hence they give access to the electrodeposition of many metals and semiconductors, such as Ta, Ti, Si, and Ge. The results to date for the electrodeposition of metals and semiconductors in the most popular air‐ and water‐stable ionic liquids are presented.     

功能化离子液体的制备及其在合成中的应用

功能化离子液体;手性离子液体;酸性离子液体     

多孔离子液体的构筑及应用

多孔液体(Porous Liquids, PLs)是一类结合了多孔固体永久性孔隙与液态流动性优势的新材料. 自2007年, PLs的概念被首次提出以来, 其在合成策略与应用领域方面均取得了较大的突破. 然而, 传统的PLs因高黏度、高密度、高熔点与高原材料成本等缺陷极大程度制约了其在流动工业系统中的大规模应用. 因此, 迫切需要寻求理想的位阻溶剂用于制备先进的多孔液体. 离子液体(Ionic Liquids, ILs)因独特的可调节物理特性、非挥发性、高稳定性、易获得、经济性高、低再生能耗等特性, 使其成为构筑PLs中最具有应用前景的理想溶剂之一. 在过去的5年间, 基于多种ILs与先进多孔固体(如有机笼、金属有机框架、中空碳、沸石、多孔聚合物等)制备的多孔离子液体(Porous Ionic Liquids, PILs)被陆续报道. PILs独特的永久性孔隙、无溶剂挥发、再生能力强、黏度可调、低熔点、高稳定性等特性加快了其在气体吸附、分离、催化、萃取、分子分离等领域的快速发展. 本综述围绕PILs的构筑策略、特性、应用领域等阐述了其研究进展. 最后, 对PILs在制备中存在的挑战与未来的研究方向进行了归纳与展望.     

离子液体在纤维素研究中的应用

离子液体是一种新型的绿色溶剂,纤维素是一种可再生的生物资源,作为非衍生化纤维素溶剂,离子液体在纤维素研究中呈现出了良好的发展态势。本文综述了纤维素在离子液体溶解、再生、衍生化反应及其在生物酶催化等方面的一些研究成果。     

磁性离子液体的应用研究

磁性离子液体是指能够吸附在磁铁上,在外加磁场作用下具有一定磁化强度的离子液体。本文综述了自2004年磁性离子液体概念提出至今在各领域的应用,其可以催化吡咯、3-甲基噻吩等单体合成导电高分子纳米微球,同时起到溶剂和模板的作用;还可以通过外加磁场调整产物的微观结构和形貌,从而得到不同的纳米结构;它也可以充当Lewis酸催化剂,催化傅克反应等一系列化学反应,并可以回收重复使用,而且回收有望通过磁场简单实现;与碳纳米管以共价键结合可以制备具有磁性的碳纳米管。除此之外,磁性离子液体在光控顺磁性超分子体系、吸收有机挥发物等领域的应用在近年也陆续有报道。     

Robust Aluminum Electrodeposition from Ionic Liquid Electrolytes Containing Light Aromatic Naphta as Additive

Aluminum electrodeposition can be carried out from several ionic liquid electrolyte formulations. Nevertheless, this plating process has not been industrialized so far because of the durability of the electrolytes and because the Al coatings obtained are non-fully homogeneous in terms of coating morphology and thickness distribution. In this work we electrodeposited Al coatings from a 3-butyl-1-ethylimidazolium tetrachloroaluminate electrolyte additivated with increasing concentrations of a new cost-effective additive: light aromatic naphtha solvent. Firstly, electrolytes were characterized by cyclic voltammetry, where changes in the electrochemistry of the process were identified. Then, surface characterization showed that Al coatings morphology turned out to be smoother, more homogeneous and more compact with increasing additive concentration. Furthermore, the process was scaled up to flat plates of 18 cm² area and also on 25 cm² parts designed with straight corners to demonstrate both the optimization of the electrolytic bath performance and its throwing power enhancement.