玻碳电极表面复合配位银电结晶机理研究

以具有实际应用价值的复合配位体系无氰镀银电解液为研究对象, 运用循环伏安和电位阶跃等实验方法, 结合 Scharifker-Hill 经典理论模型分析, 成功获得了Ag在玻碳电极（GCE）表面电沉积的成核机理及成核动力学参数, 并分析了温度对成核方式及成核动力学参数的影响. 结果表明, 该体系下Ag在GCE表面的电沉积是由扩散控制的不可逆过程, 遵循三维瞬时成核生长机理. 随着阶跃电位从-750 mV 负移至-825 mV, 峰值还原电流Im逐渐增大, 达到峰值还原电流所需时间tm逐渐缩短; 扩散系数D变化不大, 基本稳定在（7.61±0.34）×10^-5 cm²·s^-1; 成核密度数N₀则从3.26 ×10⁵ cm^-2提高至10.2×10⁵ cm^-2. 银沉积初期的形貌观察, 验证了其三维瞬时成核生长机理. 提高温度可以显著改善电解液中具备活性的银配位离子的扩散能力, 缩短成核时间, 提升成核密度数N0.     

玻碳电极表面因瓦合金的电化学成核机理

在弱酸性因瓦合金(含镍质量分数为32~36 % 的镍铁合金)镀液中, 以线性扫描伏安法、循环伏安法和恒电位阶跃法对因瓦合金在玻碳电极表面的电沉积过程及其成核机理进行研究. 结果表明, 在该体系下, 因瓦合金在玻碳电极表面的电结晶属于扩散控制下的不可逆电极过程. 运用Scharifker-Hills理论模型(SH)拟合实验数据表明, 因瓦合金在玻碳电极表面的共沉积更加符合三维瞬时成核的成核规律. 运用Heerman-Tarallo理论模型(HT)分析得到因瓦合金在玻碳电极表面的成核生长的动力学参数, 当阶跃电位从-1.11 V变化至-1.17 V (vs SCE), 成核密度数(N₀)由0.72×10⁵ cm^-2提高至1.91×10⁵ cm^-2, 成核速率常数(A)从 40.35 s^-1增至 194.38 s^-1, 扩散系数(D)为(7.67±0.15)×10^-5 cm²•s^-1, 变化不大.     

电沉积二氧化锰成核机理及其充放电性能

采用计时电流法沉积纳米MnO₂电极材料,利用Scharifker-Hills成核理论模型分析时间-电流(i-t)曲线判断了MnO₂成核机理。 对3种不同的成核方式制得的MnO₂材料进行电化学超级电容性能测试、用SEM观察了其微观形貌。 比较了不同沉积方法对沉积材料结构、电容性能的影响。 计时电流测试发现,在0.1 mol/L Mn²⁺溶液中,电势阶跃至0.365 V,初始成核符合瞬时成核机理,在0.01 mol/L Mn²⁺溶液中,电势阶跃至0.418 V,初始成核存在瞬时成核和连续成核两种不同机理,在0.5 mmol/L Mn²⁺溶液中,电势阶跃至0.515 V,初始成核则符合连续成核机理。 超级电容性能测试发现,瞬时成核下制得的MnO₂电极材料相对于另外两种成核方式得到的电极材料具有更好的电容性能,这是因为瞬时成核更易于形成多孔、纳米片(棒)状等高比表面积的沉积物,表明制备方法影响MnO₂电极材料电容性能。     

ITO上电沉积Pd的成核机理及电催化性质

采用循环伏安技术和计时电流技术, 研究了ITO上电沉积Pd的过程, 发现Pd在ITO表面的电沉积是过电位成核且为不可逆的扩散控制过程; 根据Cottrell方程计算得到[PdCl₄]^2-的扩散系数为2.19×10^-5 cm²/s; 根据Scharifker的理论模型, 归一化处理电流-时间曲线, 与理论成核曲线对照, 判断Pd 的成核机理. 通过场发射扫描电子显微镜(FESEM)对Pd 的形貌进行分析, 讨论了沉积电位和沉积时间对Pd纳米粒子形貌的影响. 用X射线粉末衍射(XRD)对Pd纳米粒子进行结构分析, 并在0.5 mol/L H₂SO₄溶液中研究了其电化学性质及在碱性条件下乙醇分子的电催化性质.     

ITO导电玻璃表面直接电沉积Au的机理

用循环伏安和电位阶跃法研究Au在氧化铟锡(ITO)透明导电膜玻璃表面的电沉积过程的初期阶段. 发现在ITO表面Au的电沉积经历成核过程以及受[AuCl₄]^-扩散控制的晶核生长过程. 通过改变扫描速率分析循环伏安曲线的变化, 当扫描速率较快时, 发现Au在ITO表面的沉积过程经历[AuCl₄]^-→[AuCl₂]^-→Au两步进行; 当扫描速率较慢时, 受歧化反应作用影响而只表现为一步沉积[AuCl₄]^-→Au. 通过电位阶跃实验, 验证了Au的两步沉积过程, 并求得[AuCl₄]^-的扩散系数为1.3×10^-5 cm²·s^-1. 将成核曲线与理论曲线对照, 得出Au在ITO表面的沉积符合瞬时成核理论. 通过场发射扫描电镜(FE-SEM)对Au核形貌进行分析, 根据扫描电镜图可以得到阶跃时间和阶跃电位对电沉积Au的形貌的影响.     

离子液体中Au(111)和Pt(111)表面Ge欠电位沉积的现场STM研究

本文研究BMIPF₆离子液体中Au(111)和Pt(111)表面Ge的电沉积行为. 循环伏安法测试结果表明,在含0.1 mol·L^-1 GeCl₄的BMIPF₆溶液Au(111)和Pt(111)表面均有两个与Ge沉积过程相关的还原峰. 第一个还原峰包含了Ge⁴⁺还原成Ge²⁺及Ge的欠电位沉积,第二个还原峰对应Ge的本体沉积. 现场扫描隧道显微镜研究结果表明,Ge在Au(111)和Pt(111)表面均有两层欠电位沉积. 第一层欠电位沉积厚度约为0.25 nm、形貌平整、带有缝隙的亚单层结构. 第二层欠电位沉积形貌相对粗糙的点状团簇结构. 该欠电位沉积过程伴随表面合金化.     

希瓦氏菌MR-1影响玻碳表面电沉积Cd的机理

使用循环伏安法和电位阶跃法研究了希瓦氏菌MR-1野生株及其突变株△omcA-△mtrc对玻碳电极表面电沉积Cd的影响.发现加入希瓦氏菌野生株后：（1） Cd在玻碳电极表面的电沉积峰电位明显负移;（2）当扫描速率较低（20 mV·s^-1）且进入第二圈扫描时,Cd的电沉积过程分两步Cd （Ⅱ）-Cd （I）-Cd进行;（3）通过电位阶跃实验得出Cd （Ⅱ）扩散到玻碳电极表面的速率变得缓慢;（4） Cd在玻碳电极表面的电沉积过程由连续三维成核转变成瞬时三维成核过程;加入突变株后,Cd （Ⅱ）扩散到玻碳电极表面的速率更加缓慢,它的电沉积过程为瞬时三维成核过程.扫描电子显微镜的结果也正好证实了该影响机制.     

玻碳电极肉桂酸添加剂对锌电沉积的影响

用循环伏安法、计时电位法研究了玻碳电极肉桂酸添加剂对锌电沉积机理及成核过程的影响. 研究表明,含肉桂酸基础镀液中还原仍为Zn²⁺ + 2e → Zn,但肉桂酸能促进锌成核,改变锌沉积的动力学过程. 在基础镀液锌成核机理为3D-瞬时成核过程,加肉桂酸后锌的成核机理趋于3D-连续成核过程,其活性位点数增加,成核速率减小.     

从2AlCl3/Et3NHCl离子液体中电沉积制备Ni 和Ni-Al 合金

在含Ni2+的2AlCl3/Et3NHCl离子液体中的铜电极上通过恒电位电沉积制备出金属Ni和Ni-Al合金.采用循环伏安和计时电流方法,揭示铜电极上沉积金属Ni的成核机理,研究了电沉积Ni-Al合金的机理,以及恒电位沉积Ni-Al合金工艺条件对沉积Ni-Al合金表面形貌和电流效率的影响.结果表明:在铜电极上电沉积金属Ni的成核机理为受扩散控制的三维瞬时成核过程.在电量≥3.0 C时,电沉积Ni-Al合金的组成基本不再变化.Ni-Al合金的电沉积机理为,Ni的电沉积受扩散控制,同时进行Al的欠电位沉积,在Ni-Al合金电沉积过程中某些Ni-Al合金相的沉积可能受动力学限制而使Ni-Al合金的组成偏离热力学预测结果.在电沉积Ni-Al合金的沉积电流小且平稳,电沉积速率慢条件下,Ni-Al合金表面形貌致密均一,反之就会出现瘤节.电沉积Ni-Al合金的电流效率＞90％.电沉积物的组成接近于Ni3Al合金.     

离子液体AlCl3/Et3NHCl中电沉积法制备金属铝

在AlCl3/Et3NHCl型离子液体中铝电极上通过恒电位电解沉积制备出金属铝. 测定了不同摩尔比的AlCl3/Et3NHCl离子液体在不同温度下的电导率, 考察了离子液体AlCl3/Et3NHCl摩尔比为2/1中Al电极上铝沉积的晶核成核过程, 以及恒电位电解沉积铝的工艺条件对电流效率和沉积铝表面形貌的影响. 结果表明, 不同比例AlCl3/Et3NHCl离子液体的电导率随温度升高而升高, 符合Arrhenius规律; 在Al电极上铝沉积的成核机理为三维瞬时成核过程; 恒电位电解沉积结果表明, 室温下在电位-2.4 V(vs Pt)和电解时间20 min条件下, 沉积铝的表面形貌比较平整致密,电流效率达73%, 沉积铝的纯度达96%(w).     

Physical vapor deposition of one-dimensional nanoparticle arrays on graphite: seeding the electrodeposition of gold nanowires

One-dimensional (1D) ensembles of 2-15 nm diameter gold nanoparticles were prepared using physical vapor deposition (PVD) on highly oriented pyrolytic graphite (HOPG) basal plane surfaces. These 1D Au nanoparticle ensembles (NPEs) were prepared by depositing gold (0.2-0.6 nm/s) at an equivalent thickness of 3-4 nm onto HOPG surfaces at 670-690 K. Under these conditions, vapor-deposited gold nucleated selectively at the linear step edge defects present on these HOPG surfaces with virtually no nucleation of gold particles on terraces. The number density of 2-15 nm diameter gold particles at step edges was 30-40 microm-1. These 1D NPEs were up to a millimeter in length and organized into parallel arrays on the HOPG surface, following the organization of step edges. Surprisingly, the deposition of more gold by PVD did not lead to the formation of continuous gold nanowires at step edges under the range of sample temperature or deposition flux we have investigated. Instead, these 1D Au NPEs were used as nucleation templates for the preparation by electrodeposition of gold nanowires. The electrodeposition of gold occurred selectively on PVD gold nanoparticles over the potential range from 700-640 mV vs SCE, and after optimization of the electrodeposition parameters continuous gold nanowires as small as 80-90 nm in diameter and several micrometers in length were obtained.     

A SEM–EDX study of highly stable supported liquid membranes based on ionic liquids

This work evaluates the operational stability of six different supported liquid membranes (SLMs) based on ionic liquids (ILs). [bmim⁺][PF₆⁻]_, [bmim⁺][BF₄⁻] and [bmim⁺][NTf₂⁻] were used as supporting phase in Nylon^® and Mitex^® membranes. Scanning electron microscopy (SEM) combined with energy dispersive X-ray (EDX) analysis was used to characterize the membrane surface morphologically and examine the global chemical composition of the membranes and the distribution of the ILs within them.

Study of the freshly impregnated membranes showed that, in all cases, the ILs were homogeneously distributed, mostly filling the pores of the membranes although, in some cases, a small amount of excess of IL was located on the external membrane surface. Stability tests were performed by keeping the respective impregnated membranes immersed for a week in a diffusion cell including two independent compartments and using n-hexane/n-hexane as the respective feed and receiving phases. The SEM–EDX study of membranes after continuous operation showed that the ILs were still retained within the membrane pores and only small losses of the IL initially located on the external surface were observed. These observations are in complete agreement with the ionic losses determined by mass balance.     

DMDMH镀液体系中金的电沉积

在以1,3-二羟甲基-5,5′-二甲基乙内酰脲(DMDMH)为配位剂的镀液体系中研究了金的电沉积工艺和电结晶行为。循环伏安曲线测试中,在-0.88 V附近出现了金的阴极还原峰,在一定的正向电势扫描区间内没有阳极氧化峰出现。计时电流法研究表明,金在玻碳电极上的电结晶过程符合三维连续成核生长模式。SEM和AFM观察表明,在DMDMH体系中获得的镀金层比DMH体系获得的镀金层结晶更为细小,平整性更好。XRD测试表明,在两种镀液体系中获得的镀金层都沿着(111)晶面择优生长。DMDMH镀液体系稳定性能良好。     

无金属可见光诱导原子转移自由基聚合法制备聚丙烯酰胺@氧化石墨烯/纳米钯复合物修饰电极及其对乙醇的检测

在金电极表面,用无金属可见光诱导原子转移自由基聚合(MVL ATRP)的方法制备聚丙烯酰胺@氧化石墨烯/纳米钯复合物修饰电极(Au/PAM@GO/Pd)。采用电化学循环伏安法(CV)、交流阻抗法(EIS)、扫描电子显微镜(SEM)、能量色散X射线光谱法(EDS)对Au/PAM@GO/Pd电极进行表征,结果表明在金电极表面成功制备了复合物。利用Au/PAM@GO/Pd电极作为电化学传感器,该传感器能成功地检测溶液中的乙醇。在最佳条件下,利用差分脉冲伏安法(DPV)该传感器检测乙醇的线性范围为1.0×10-8~1.0 mol/L,检出限(S/N=3)为1.3×10-9 mol/L,线性相关系数为0.996。     

Study of nucleation and growth mechanism of the metallic nanodumbbells

We propose a general nucleation and growth model that can explain the mechanism of the formation of CoPt(3)/Au, FePt/Au, and Pt/Au nanodumbbells. Thus, we found that the nucleation event occurs as a result of reduction of Au(+) ions by partially oxidized surface Pt atoms. In cases when Au(3+) is used as a gold precursor, the surface of seeds should be terminated by ions (e.g., Co(2+), Pb(2+)) that can reduce Au(3+) to Au(+) ions, which can further participate in the nucleation of gold domain. Further growth of gold domain is a result of reduction of both Au(3+) and Au(+) by HDA at the surface of gold nuclei. We explain the different ability of CoPt(3), Pt, and FePt seeds to serve as a nucleation center for the reduction of gold and further growth of dumbbells. We report that the efficiency and reproducibility of the formation of CoPt(3)/Au, FePt/Au, and Pt/Au dumbbells can be optimized by the concentration and oxidation states of the surface ions on metallic nanocrystals used as seeds as well as by the type of the gold precursor.     

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.