电化学沉积铝

电化学沉积法原理电化学沉积法是一种利用电化学原理进行金属或合金沉积的方法。

它是通过在电极表面施加外加电压或电流，使金属离子在电极表面还原成金属沉积的过程。

电化学沉积法在材料制备、表面修饰、电化学传感器等领域有着广泛的应用。

电化学沉积法的原理主要包括电极反应和电沉积过程。

在电化学沉积过程中，电极上的金属离子受到外加电压的影响，发生还原反应，从而在电极表面沉积金属。

电极反应的速率和方向取决于外加电压、电极材料、电解液成分等因素。

一般来说，当外加电压足够大时，金属离子会在电极表面快速还原成金属，形成均匀的沉积层。

电化学沉积法的原理还涉及到电解质传递和扩散控制。

在电沉积过程中，电解质中的金属离子需要通过扩散层到达电极表面，然后参与电极反应。

因此，电解质的浓度、电解质的流动情况以及电极表面的形貌都会对电化学沉积过程产生影响。

合理控制电解质的传递和扩散，可以实现对沉积层厚度、结构和性能的调控。

电化学沉积法的原理还与电极材料的选择密切相关。

电极材料的选择会影响电极表面的活性、结构和形貌，从而影响电化学沉积的效果。

一些特殊的电极材料，如纳米材料、多孔材料等，能够提高电极表面的比表面积和活性位点数，从而促进沉积层的形成和性能的提升。

总的来说，电化学沉积法是一种基于电化学原理的金属沉积方法，其原理涉及电极反应、电解质传递和扩散控制以及电极材料的选择。

通过合理控制这些因素，可以实现对沉积层的形貌、结构和性能的调控，从而满足不同领域对金属沉积的需求。

电化学沉积法在材料制备、表面修饰、电化学传感器等领域有着广泛的应用前景，对于推动材料科学和工程技术的发展具有重要意义。

电化学沉积铝作者：危灿来源：《科技创新与应用》2019年第18期摘 ;要：铝的析出电位比制氢的电位低，因而不可能从水溶液中电沉积铝，至今为止研发了许多使用非水溶剂的电沉积铝液，例如有机溶剂、高温熔盐、离子液体、低共熔溶剂，文章介绍了在上述四种非水溶剂中电沉积铝的发展和优缺点。

关键词：电化学沉积;铝;有机溶剂;高温熔盐;离子液体;低共熔溶剂中图分类号：TQ153.2 ; ; ; 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）18-0080-02Abstract： The precipitation potential of aluminum is lower than that of hydrogen production，so it is impossible to electrodeposit aluminum from aqueous solution. So far， many liquid aluminum deposits using non-aqueous solvents， such as organic solvents， high temperature molten salt，ionic liquids and eutectic solvents， have been developed. The development， advantages and disadvantages of electrodeposition of aluminum in four kinds of non-aqueous solvents are introduced in this paper.Keywords： electrochemical deposition; aluminum; organic solvent; high temperature molten salt; ionic liquid; eutectic solvent引言鋁是地壳中含量居第三位的元素，是地壳中含量最丰富的金属元素，它具有良好的延展性、导电性、导热性等优点，因而被广泛应用在航空、手机、建材、汽车、厨具、涂料等各行各业。

[Article]物理化学学报(Wuli Huaxue Xuebao )Acta Phys.鄄Chim.Sin .,2008,24(6)：939-944June Received:January 21,2008;Revised:February 27,2008;Published on Web:April 9,2008.English edition available online at ∗Corresponding author.Email:tqi@;Tel ：+8610⁃62631710.国家重点基础研究发展计划(973)(2007CB613501)资助ⒸEditorial office of Acta Physico ⁃Chimica Sinica离子液体AlCl 3/Et 3NHCl 中电沉积法制备金属铝高丽霞王丽娜齐涛∗李玉平初景龙曲景奎(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)摘要：在AlCl 3/Et 3NHCl 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AlCl 3/Et 3NHCl 离子液体在不同温度下的电导率,考察了离子液体AlCl 3/Et 3NHCl 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AlCl 3/Et 3NHCl 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-2.4V(vs Pt)和电解时间20min 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 ).关键词：铝;电沉积;电化学;离子液体中图分类号：O646Electrodeposition of Aluminium from AlCl 3/Et 3NHCl Ionic LiquidsGAO Li ⁃XiaWANG Li ⁃Na QI Tao ∗LI Yu ⁃Ping CHU Jing ⁃Long QU Jing ⁃Kui(Key Laboratory of Green Process and Engineering,Institute of Process Engineering,Chinese Academy of Sciences,Beijing 100190,P.R.China )Abstract ：Aluminum was successfully electrodeposited on Al electrodes from aluminum chloride (AlCl 3)/triethylamine hydrochloride (Et 3NHCl)ionic liquids by the constant potential electrolysis.Electrical conductivities of AlCl 3/Et 3NHCl ionic liquids were measured as a function of the temperature and composition.The nucleation processes and the influence of experimental conditions on the current efficiency and surface morphology of aluminum electrodeposits were studied on Al electrodes from 2:1molar ratio AlCl 3/Et 3NHCl ionic liquid.The electrical conductivities of ionic liquids increased as the electrolyte temperature increased,following the Arrhenius behavior.Analyses of the chronoamperograms indicated that the deposition process of aluminium on Al substrates was controlled by instantaneous nucleation with diffusion ⁃controlled growth.Constant potential deposition experiments showed that the electrodeposits obtained on Al electrodes were dense,continuous,and well adherent,and the current efficiency was 73%at -2.4V (vs Pt)for 20min electrolysis at room temperature.The purity of aluminum electrodeposits on Al electrodes was above 96%(w ).Key Words ：Aluminium;Electrodeposition;Electrochemistry;Ionic liquid铝产量仅次于钢铁，产值占有色金属的一半，但生产耗电量巨大.2006年我国电解铝产量935万吨,产量居世界首位,综合交流电耗1.47亿千瓦时,总耗电量1372亿千瓦,占全国电力消耗总量的4.9%，而总产值不到全国GDP 的1%,因此,电解铝已成为首屈一指的高耗能行业.传统电解铝工艺(Hall ⁃H éroult)[1]为冰晶石⁃氧化铝熔盐电解法,操作温度高达950-1000℃,能耗达13-15kWh/kg ⁃Al,且环境污染严重.因此,研发高效⁃清洁⁃节能的铝电解新技术对铝工业的协调可持续发展具有重要战略意义.939Acta Phys.鄄Chim.Sin.,2008Vol.24低温离子液体电沉积技术制备金属铝及其合金是电化学冶金的学术前沿.由于电解制铝只需在室温或接近室温下进行,具有反应条件温和、能耗低、无污染等特点,能耗仅为3.2-6.7kWh/kg⁃Al,可大幅度降低能耗和生产成本,具有巨大潜力[2].美国阿拉巴马大学(University of Alabama)、美国奥尔巴尼研究中心(Albany Research Center)、世纪铝业(Cen⁃tury Aluminum Company)、Secat Inc公司及肯塔基大学(University of Kentucky)联合起来将离子液体电解制备金属铝作为工业技术项目强力支持.目前,离子液体电解制备铝的报道较多[3-11],所用离子液体如2AlCl3/[EMIm]Cl、2AlCl3/[BMIm]Cl、2AlCl3/[Py14]Tf2N、2AlCl3/[EMIm]Tf2N等,需两步合成,且原料成本很高.离子液体n AlCl3/DMSO2[12]虽然合成路线简单,成本较低,但其电导率很低,难于应用.因此,寻求经济性好、合成路线简单、电化学性能良好的铝电解离子液体乃当务之急.本文一步法合成了成本低、熔点低、电导率高的AlCl3-Et3NHCl离子液体[13]作为电解质,考察了铝的电沉积机理,详细研究了电沉积过程的电位、时间、温度等对电流效率和沉积铝形貌的影响,获得优化的电沉积工艺条件,为离子液体电沉积制备金属铝奠定了基础.1实验部分1.1离子液体的合成实验均在真空手套箱(ZKX2型,南京大学仪器厂)中进行.合成两种不同比例的酸性离子液体(摩尔比1.5∶1和2∶1,分别记作1.5AlCl3/Et3NHCl和2AlCl3/ Et3NHCl).将一定量的无水AlCl3(分析纯)缓慢加入已知量的Et3NHCl(化学纯)中,加料完毕后,在80℃下用磁力搅拌2h即可得到浅棕色透亮的离子液体.不需其它处理就可直接使用,置于手套箱中待用. 1.2电导率测定采用电导率仪测定离子液体的电导率.电导率仪为DDS⁃320型(上海康仪仪器有限公司),电导电极为DJS⁃10型(电导电极规格常数J0=9.96).1.3循环伏安和计时电流实验在三电极电解槽(聚四氟乙烯制)内采用电化学工作站(IM6e electrochemistry workstation)开展循环伏安和计时电流实验研究,电解质为2AlCl3/Et3NHCl 离子液体.工作电极为直径0.8mm铝丝(99.95%),对电极为直径0.8mm铝环(99.95%),参比电极为直径0.5mm铂丝(逸99.95%).工作电极和对电极经金相砂纸打磨、用丙酮清洗、高纯水清洗处理.参比电极依次放在30%-50%硫酸溶液、2%-30%盐酸、水、丙酮和苯中清洗2-10min.1.4铝的电沉积实验和表征恒电位电解实验使用CMBP⁃1型双恒电位仪(江苏江分电分析仪器有限公司),电解时用磁力搅拌并保持恒定搅拌速度.电解槽和电解质同1.3节中的电解槽和电解质;工作电极为5mm×6mm铝片(>99.9%),其处理方法同1.3节中工作电极的处理方法,非工作面用环氧树脂封住;对电极和参比电极及其处理方法同1.3节.每次电解完毕,工作电极用高纯水彻底清洗并晾干.用冷场发射扫描电子显微镜(JSM6700F型)测试样品形貌;用场发射枪扫描电子显微镜(JSM⁃6301F)的X射线能谱仪(EDS)测试沉积铝的纯度.电流效率(ηI)=(实际沉积铝的质量/理论沉积铝的质量)×100%.2实验结果和讨论2.1离子液体的电导率如图1所示,不同比例AlCl3/Et3NHCl离子液体的电导率(κ)值随温度升高逐步升高.这是因为,温度升高导致离子液体的粘度下降和离子运动速度增加引起的.离子液体电导率随温度变化的Arrhe⁃nius图见图1中的插图,说明此类离子液体的电导率随温度的变化符合Arrhenius规律,从图中的斜率可得到离子液体1.5AlCl3/Et3NHCl的活化能为3.384kJ·mol-1,离子液体2AlCl3/Et3NHCl的活化能为图1不同比例离子液体AlCl3/Et3NHCl的电导率随温度变化图Fig.1Electrical conductivities of AlCl3/Et3NHCl ionic liquids as a function of temperature and compositionInset shows the Arrenius plots of data.940No.6高丽霞等：离子液体AlCl 3/Et 3NHCl 中电沉积法制备金属铝3.323kJ ·mol -1.2.2循环伏安不同比例的AlCl 3形成的离子液体的组成[14]不同.n <1.0:AlCl 3+(1+x )RCl ➝AlCl -4+(1+x )R ++x Cl -(x >0)(1)n =1.0:AlCl 3+RCl ➝AlCl -4+R +(2)n >1.0:AlCl 3+RCl ➝AlCl -4+R +AlCl 3+AlCl -4➝Al 2Cl -7(3)其中n 为AlCl 3与有机卤代盐(RCl)的摩尔比.Al 2Cl -7是电化学窗口内唯一可以发生还原反应的含铝的离子[15,16]：4Al 2Cl -7+3e -➝Al+7AlCl -4(4)AlCl -4只发生氧化反应[17]:4AlCl -4➝2Al 2Cl -7+Cl 2↑+2e -(5)因比例越大,能还原成Al 的Al 2Cl -7离子越多,故以2AlCl 3/Et 3NHCl 离子液体作为电解质.图2为离子液体2AlCl 3/Et 3NHCl 中铝电极上扫描速率为100mV ·s -1时的典型循环伏安图.图中的阴极峰C 1为铝沉积峰,对应的阳极峰A 1为沉积铝溶解峰.阴极峰C 1有一个明显的成核圈,说明在铝电极表面上沉积过程的速率可能是成核控制过程,这需由后面的机理研究来确定.由于铝电极的钝化作用,阳极氧化电流在-0.076V(vs Pt)处几乎降到0mA.铝电极表面的钝化现象也出现在离子液体AlCl 3⁃TMPAC [18]和AlCl 3⁃[EMIm]Cl [3]中,以及含有AlCl 3的KCl ⁃NaCl 熔融盐[19]或者LiCl 熔融盐[20]中.这种在氯化铝型电解质中的阳极钝化现象目前还没有满意的解释.2.3计时电流计时电流方法用来更详细研究铝沉积的动力学.图3为不同电位下瞬时电流密度随时间的变化趋势,是典型的扩散控制晶核成核过程.沉积金属的三维瞬时成核过程和三维逐步成核过程的两个理论边界情况可分别用式(6)和(7)[21]代表,其理论表达式关联了无因次电流(i /i m )和无因次时间(t /t m ):(i /i m )2=1.9524(t /t m )-1{1-exp[-1.2564(t /t m )]}2(6)(i /i m )2=1.2254(t /t m )-1{1-exp[-2.3367(t /t m )2]}2(7)式中,(t ,i )是指在一定电位下铝沉积时间达到t 时的瞬时电流密度为i ;(t m ,i m )是指在一定电位下铝沉积时间达到t m 时的最大电流密度为i m .图4为根据图3得到的无因次试验数据与理论图4由图3得到的电流-时间暂态无因次实验数值与理论值对比曲线图Fig.4Comparison of the dimensionless experimental current-time transients,derived from the data in Fig.3,with the theoretical models for three ⁃dimensional nucleation with diffusion ⁃controlledgrowth图2室温下在离子液体2AlCl 3/Et 3NHCl 中铝电极上的循环伏安图Fig.2A typical voltammogram recorded on Al electrode in 2AlCl 3/Et 3NHCl ionic liquid at roomtemperaturescan rate:100mV ·s-1图3室温下离子液体2AlCl 3/Et 3NHCl 中铝电极上电流-时间暂态曲线图Fig.3Current-time transients resulting from potential step experiments on Al electrodes in 2AlCl 3/Et 3NHCl ionic liquid at room temperatureE /V (vs Pt):a)-2.7,b)-2.9,c)-3.2,d)-3.3,e)-3.35941Acta Phys.鄄Chim.Sin.,2008Vol.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2AlCl3/Et3NHCl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-2.4V时电流效率最高.从图6中可看出,在电位为-2.3V时,沉积的Al颗粒比较分散并有空隙,而在-2.4、-2.5和-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-2.4V时电流效率最高,故选-2.4V来考察时间和温度对电解的影响.2.4.2时间的影响在室温和-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30 min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-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.这是图5离子液体2AlCl3/Et3NHCl中铝电极上不同电位下沉积Al的电流效率图Fig.5Current efficiency of aluminumelectrodeposits prepared on Al substrates from2AlCl3/Et3NHCl ionic liquid at room temperature withdifferent potentials for1helectrolysis图6离子液体2AlCl3/Et3NHCl中不同电位下铝电极上沉积Al的SEM图Fig.6SEM micrographs of aluminum electrodepositsprepared on Al substrates from2AlCl3/Et3NHCl ionicliquid at room temperature with different potentialsfor1h electrolysisE/V(vs Pt):a)-2.3,b)-2.4,c)-2.5,d)-2.6图7离子液体2AlCl3/Et3NHCl中不同时间铝电极上沉积Al的电流效率图Fig.7Current efficiency of aluminum electro鄄deposits prepared on Al substrates from2AlCl3/Et3NHCl ionic liquid at-2.4V(vs Pt)with differentelectrolysis times at roomtemperature942No.6高丽霞等：离子液体AlCl 3/Et 3NHCl 中电沉积法制备金属铝因为温度升高,离子液体的电导率升高,电流增大,电流损耗也增大,故电流效率降低.从图10可看出,温度升高,沉积的铝变得比较松散,可能由于温度升高、电流增大、沉积速度加快,形貌没有室温时致密.所以,在此电极尺寸下电解电位-2.4V,电解时间20min,室温时电流效率达73%,形貌最好.2.5沉积铝的纯度图11(a)为测得的在-2.4V(vs Pt)、80℃时电解20min 的SEM 图,图11(b)为对应图11(a)中所划定区域内沉积Al 纯度的能谱图.表1为对应图11(b)能谱图中各组分的含量.从图11(b)和表1可看出,Al 的峰很强,含量达到96%(w )以上;还可看出含有少量的氧,由于金属Al 比较活泼,这可能是样品接触到空气被氧化造成的;还含有少量的氯,这是由于样品处理时没有洗干净,离子液体中的元素氯残图8离子液体2AlCl 3/Et 3NHCl 中不同时间铝电极上沉积Al 的SEM 图Fig.8SEM micrographs of aluminum electrodeposits prepared on Al substrates from 2AlCl 3/Et 3NHCl ionicliquid at -2.4V (vs Pt)with different electrolysis times at room temperaturet /min:a)20;b)30;c)45;d)90图9离子液体2AlCl 3/Et 3NHCl 中不同温度下铝电极上沉积Al 的电流效率图Fig.9Current efficiency of aluminum electro ⁃deposits prepared on Al substrates from 2AlCl 3/Et 3NHCl ionic liquid at -2.4V (vs Pt)with differenttemperatures for 20min electrolysis 图10离子液体2AlCl 3/Et 3NHCl 中不同温度下铝电极上沉积Al 的SEM 图Fig.10SEM micrographs of aluminum electro ⁃deposits prepared on Al substrates from 2AlCl 3/Et 3NHCl ionic liquid at -2.4V (vs Pt)with differenttemperatures for 20min electrolysisT /℃:a)25,b)70943Acta Phys.鄄Chim.Sin.,2008Vol.24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AlCl 3/Et 3NHCl 离子液体的电导率随温度升高而升高,符合Arrhenius 规律.(2)在2AlCl 3/Et 3NHCl 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圈,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(5mm ×6mm)电极上的恒电位电解结果显示,在电位-2.4V (vs Pt),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 3/Et 3NHCl 的离子液体中沉积铝的纯度达到96%(w )以上.References1Qiu,Z.X.The theory and application of aluminum electrolysis.1st ed.Xuzhou:China University of Mining and Technology Press,1998:544-548[邱竹贤.铝电解原理与应用.第一版.徐州:中国矿业大学出版社,1998:544-548]2Kamavaram,V.;Mantha,D.;Reddy,R.G.Electrochim.Acta ,2005,50:32863Jiang,T.;Chollier Brym,M.J.;Dub é,G.;Lasia,A.;Brisard,G.M.Surface &Coatings Technology ,2006,201:14Zein El Abedin,S.;Moustafa,E.M.;Hempelmann,R.;Natter,H.;Endres,mun.,2005,7:11115Moustafa,E.M.;Zein El Abedin,S.;Shkurankov,A.;Zschippang,E.;Saad,A.Y.;Bund,A.;Endres,F.J.Phys.Chem.B ,2007,111:46936Zell,C.A.;Endres,F.;Freyland,W.Phys.Chem.Chem.Phys.,1999,1:6977Johnston,M.;Lee,J.J.;Chottiner,G.S.;Miller,B.;Tsuda,T.;Hussey,C.L.;Scherson,D.A.J.Phys.Chem.B ,2005,109:112968Liu,Q.X.;Zein El Abedin,S.;Endres,F.Surface &Coatings Technology ,2006,201:13529Jovic,V.D.J.Serb.Chem.Soc.,2006,71:37310Zhao,Y.G.;vander Noot,T.J.Electrochim.Acta ,1997,42:163911Abbott,A.P.;Eardley,C.A.;Farley,N.S.;Griffith,G.A.;Pratt,A.J .Appl.Electrochem.,2001,31:134512Jiang,T.;Chollier Brym,M.J.;Dub é,G.;Lasia,A.;Brisard,G.M.Surface &Coatings Technology ,2007,201:630913Zhang,J.;Huang,C.P.;Chen,B.H.;Ren,P.J.;Lei,Z.G.Energy &Fuels ,2007,21:172414Gray,J.L.;Macie,G.E.J.Am.Chem.Soc.,1981,103:714715Lai,P.K.;Kazacos,M.S.J.Electroanal.Chem.,1988,248:43116Carlin,R.T.;Osteryoung,R.A.J.Electrochem.Soc.,1989,136:140917Carlin,R.T.;Crawford,W.;Bersch,M.J.Electrochem.Soc.,1992,139:272018Jiang,T.;Chollier Brym,M.J.;Dub é,G.;Lasia,A.;Brisard,G.M.Surface &Coatings Technology ,2006,201:1019Holleck,G.L.;Giner,J.J.Electrochem.Soc.,1972,119:116120Gilbert,B.;Brotherton,D.L.;Mamantov,G.J.Electrochem.Soc.,1974,121:77321Lee,J.J.;Miller,B.;Shi,X.;Kalish,R.;Wheeler,K.A.J.Electrochem.Soc.,2000,147:3370图11(a)离子液体2AlCl 3/Et 3NHCl 中在-2.4V (vs Pt)、80℃、电解20min 条件下在铝电极上沉积Al 的SEM 图,(b)图(a)中所划定区域的能谱图Fig.11(a)SEM micrograph of electrodeposited Al on Al substrate from 2AlCl 3/Et 3NHCl ionic liquid at -2.4V (vs Pt)for 20min electrolysis at 80℃,and (b)EDAX profile for the area shown in the SEMmicrograph (a)表1图11b 中各元素的含量Table 1Content of the element in Fig.11(b)w :mass fraction,x :atomic fractionElement w (%)x (%)O K 3.22 5.32Al K 96.5394.50Cl K 0.250.18total100.00100.00944。

·综述 ·氯铝酸熔融盐中电沉积铝及铝合金研究的进展Progress in Research on Electrodepositing Al and Its Alloy fro mChloroaluminate Molten Salts梁成浩, 曹彩红, 黄乃宝(大连海事大学交通与物流工程学院,辽宁大连116026)L IANG Cheng2hao , CAO Ca i2hong , HUANG Na i2bao( Transportation and Logistics Engineering College , Dalian Maritime U nivers ity , Dalian 116026 , China)摘要: 综述了近年来在无机及有机氯铝酸熔融盐中电沉积铝和铝合金研究的进展,着重介绍了电沉积金属及其合金的熔融盐,电沉积铝及其合金的无机和有机氯铝酸熔融盐,并进行展望。

与其他熔融盐相比,氯铝酸熔融盐具有溶解能力强,易于配制,废液易于处理和价廉等优点,在电镀生产中有着广阔的应用前景。

关键词: 铝;铝合金; 氯铝酸熔融盐; 电沉积Abstract : The progress in research o n electrodeposition of alumin ium an d it s alloy in inorganic an d or ganic chloroaluminate molten salt s in recent years is reviewed , focusin g on a presentation of molten salt s for electrodepositin g metals an d their alloys , especially o n inorganic an d organic chloroaluminate molten salt s used in prep aration of alum inium an d it s alloy coating , an d a forecasting is also made. Compar ed with other molten salt s , chloroaluminate mo lten salt s have many advantages , such as st rong solubility , easy to prepare , easy in waste liquid t reatment and lo wer cost , so have a wide application prospect in electroplatin g pro duction.K ey words : alumin um ; alumin um alloy ; chloroaluminate molten salt s ; electrodeposition中图分类号: TQ 153 文献标识码:A 文章编号:100024742 (2009) 05200012040 前言100 多年来电镀工业领域一直采用水溶液作为电镀液,其优点是金属离子易于溶解,然而由于电化学窗口相对较窄,还原电位很大,导致如: Cr , Zn 等金属电沉积的电流效率下降,基体金属易发生氢脆。

离子液体中电化学沉积铝的研究的开题报告一、研究背景及意义铝是一种重要的金属材料，已广泛应用于航空、汽车、船舶等领域，同时也被用作电池材料和催化剂等。

然而，传统的铝生产方法中存在严重的环境污染和资源浪费问题，因此研究开发一种高效、环保的铝制备技术具有重要的意义。

离子液体是一种无机盐化合物的熔盐，在化学反应、电化学反应等方面均具有优异的性能。

因此，利用离子液体中电化学沉积铝的方法，可以为铝制备技术的创新提供新的思路。

二、研究内容及方法本研究将利用离子液体中电化学沉积铝的方法，研究铝离子在离子液体中的电化学行为、沉积过程和沉积机制。

具体研究内容包括：1. 离子液体的选取及优化。

通过筛选不同结构和性质的离子液体，确定适宜沉积铝的离子液体，并对离子液体中电化学沉积铝的条件进行优化。

2. 电化学沉积铝的实验研究。

在优化条件下，进行电化学沉积铝的实验研究，探究电位、电流密度等因素对沉积速率和沉积质量的影响。

3. 电化学沉积铝的沉积机理分析。

通过离子液体的电化学分析、电化学阻抗谱、红外光谱等方法，分析电化学沉积铝的机理，探究铝离子在离子液体中的还原机制和沉积过程中的表面反应。

三、预期成果及意义本研究旨在探究离子液体中电化学沉积铝的机理和规律，为铝制备技术的研究和开发提供新的思路和方法。

预期成果包括：1. 确定适宜沉积铝的离子液体，优化电化学沉积铝的条件，获得高质量的铝沉积层。

2. 探究铝离子在离子液体中的还原机制和沉积过程中的表面反应，分析电化学沉积铝的机理。

3. 为铝生产技术的改进和创新提供新的思路和方法，推动铝产业的可持续发展。

四、研究计划及进度安排第一年：1. 筛选不同结构和性质的离子液体，并对离子液体中电化学沉积铝的条件进行初步优化。

2. 进行电化学沉积铝的实验研究，探究电位、电流密度等因素对沉积速率和沉积质量的影响。

第二年：1. 在初步优化条件的基础上，继续优化电化学沉积铝的条件，获得更高质量的铝沉积层。

铝工业是世界上最大的电化学工业之一。

在金属中，铝的年产量仅次于钢，高于其它常见的有色金属。

现在国内外普遍采用霍尔-埃鲁法进行铝的工业化生产。

但该法存在温度高、能耗高、污染重和产品质量低等不足。

解决上述问题的关键在于能否实现较低温度下的铝电解，离子液体因此孕育而生。

近年来，国内外对离子液体中的铝电解展开了广泛的研究，取得了阶段性的进展。

然而，大部分工作集中于反应参数的测定，在电化学反应机理方面的研究仍不够深入。

首先，通过循环伏安、交流阻抗、计时电位和计时电流等实验方法对以上体系进行了系统的电化学表征。

证明铝在阴极的电沉积符合典型的三维瞬时成核过程，并受物质扩散的影响，合适的成核密度和晶体生长速率对沉积层的优化十分重要。

同时，为了进一步探索离子液体微观组成与沉积过程的相互关系，在电化学实验的基础上，计算并获得了离子液体的优化离子对构型以及结构参数。

电化学沉积铝电化学沉积铝（Electrochemical Deposition of Aluminum）电化学沉积是一种利用电化学的原理，在电解液中，通过电流的作用使金属或非金属沉积在电极表面的一种工艺。

电化学沉积铝是其中一种常见的工艺，在工业生产和科研领域有着广泛的应用。

本文将介绍电化学沉积铝的原理、应用以及未来发展。

一、电化学沉积铝的原理电化学沉积铝是通过在电解液中施加电流，使铝离子在阴极表面还原成铝金属的过程。

这一过程主要包括溶解、扩散和沉积三个阶段。

在电解液中，通过使用适当的阴极和阳极材料，并施加适当的电压和电流密度，将铝盐溶解在电解质中，产生可溶的铝离子。

随后，这些铝离子在电流的作用下向阴极迁移，同时在阴极表面接受电子，还原成铝金属并沉积在阴极表面。

在这个过程中，电流密度的控制和电解液的组成都是至关重要的因素。

电化学沉积铝在工业生产和科研领域有着广泛的应用，主要体现在以下几个方面：1. 电子器件制造电化学沉积铝广泛应用于半导体器件和集成电路的制造过程中。

在这些器件的制造过程中，需要通过精确控制的工艺将铝沉积在特定的位置和厚度上。

电化学沉积铝能够提供均匀的镀层，并且能够在微米级甚至纳米级的表面上进行沉积，因此非常适合用于这些高精度的制造工艺中。

2. 表面处理电化学沉积铝也被广泛用于金属表面的处理和修饰。

铝镀层能够提高金属表面的硬度、耐腐蚀性和耐磨性，因此被用于保护金属表面免受环境的侵蚀。

电化学沉积铝还可以提供金属表面的装饰效果，例如提供金属颜色或亮度。

3. 燃料电池在燃料电池领域，电化学沉积铝被用于制备阴极催化层。

在燃料电池中，阴极催化层对于氧气的还原反应至关重要，在这一过程中，需要使用铝作为催化层的成分之一。

电化学沉积铝能够提供均匀的镀层，并且能够控制催化层的厚度和形貌，因此非常适合用于这一特定领域。

随着科学技术的发展，电化学沉积铝在未来有着更广阔的应用前景。

一方面，随着纳米技术的发展，电化学沉积铝将有更广泛的应用，例如在纳米器件的制备和纳米材料的研究中，电化学沉积铝将发挥重要作用。

电化学沉积技术在材料加工中的应用电化学沉积技术（Electrodeposition）是一种利用电化学反应使一种金属物质在电极上沉积而形成一层金属材料的技术，已广泛应用于金属加工领域。

电化学沉积技术是实现精密制造和高效加工的一种重要方法，它在材料加工中发挥着越来越重要的作用。

电化学沉积技术在材料加工领域的应用十分广泛，可以用于制备金属涂层、电镀合金、合成高分子材料、制备纳米材料等。

在这些应用中，电化学沉积技术的优点主要体现在以下几个方面：1. 高效、精度高在电化学沉积过程中，由于可以控制电位、电流密度和浓度等参数，所以可以在较短的时间内高效地制备出高质量的金属涂层或材料。

同时，由于控制精度高，所以可以制备出较为精密的材料，在一些高精度加工需求的领域具有重要应用。

2. 超薄、高强度在电镀技术中，很多金属材料使用电化学沉积技术制备出的涂层都具有超薄、高强度的特点，这也是电化学沉积技术的一个优点。

例如，利用电化学沉积技术可以制备出厚度只有几百纳米的镍涂层或铜涂层，这些涂层通常具有优异的物理、化学性能，可以提高材料的结构性能。

3. 优异的成形性电化学沉积技术能够制备出细微的、复杂的形状，可以用于制备微观/纳米级别的结构和器件。

利用电化学沉积技术可以制备出很多微观/纳米级别的器件，如纳米线、纳米管、微型电子器件等。

同时，利用电化学沉积技术中的“阴极沉积技术”，可以制备出很多具有复杂形状的宏微观结构，如颗粒、微通道等。

4. 环保、节能电化学沉积技术是一种低能耗、低污染的加工技术，其废水不含重金属、酸碱等有害物质，能够满足环保要求。

在当前节能、环保的大背景下，电化学沉积技术具有很大的优势，能被广泛应用于各种领域，如软件计算、制药等。

总的来说，电化学沉积技术在材料加工领域的应用十分广泛，技术已非常成熟，其成形精度和质量均可与其他加工技术媲美。

其优点主要体现在制备效率高、成形性好、超薄、高强度和环保等方面。

同时，电化学沉积技术的发展也将会进一步推动各行业从寻求加工效率到追逐环保可持续发展之路的转变。