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脉冲电沉积制备Ti基复合阳极材料及其性能的研究

作　者: 王梅梅
导　师: 郭忠诚
学　校: 昆明理工大学
专　业: 冶金物理化学
关键词: 脉冲电沉积复合阳极材料固体颗粒
分类号: TB331
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

我国有色金属资源丰富,Zn、Cu、Ni、Co等有色金属湿法冶金电积提取广泛使用Pb-Ag合金阳极,但客观存在析氧电位较高、力学和导电性能较差及阳极溶解污染电解液等不足,新型复合阳极材料能充分发挥材料组元复合的协同优势,倍受人们关注。本论文采用脉冲电沉积技术,在基体Ti上制备了Pb-WC-PANI复合阳极材料。通过掺杂态导电PANI颗粒和WC活性颗粒与Pb2+的直流、脉冲电沉积,制备了Ti/Pb-WC-PANI复合阳极材料。研究了电沉积方式及掺杂态导电PANI和WC活性颗粒共同与Pb2+沉积时的复合阳极材料析氧电催化活性,测试了阳极极化曲线、循环伏安曲线、塔菲尔曲线,获得了在硫酸与硫酸锌溶液中的析氧动力学参数、电极反应可逆性、伏安电荷、腐蚀电位及腐蚀电流等电化学性能参数。考察了复合惰性阳极材料的表面、截面组织特征与成分分布。脉冲电沉积制备的Ti/Pb-WC-PANI复合阳极材料组织结构致密、成分分布均匀、界面结合紧密、析氧电催化活性和耐腐蚀性能较好。研究了脉冲电沉积时,掺杂态导电PANI和WC活性颗粒浓度、平均电流密度及脉冲导通时间对Ti/Pb-WC-PANI复合阳极材料析氧性能的影响规律,优化出了较佳的制备工艺条件。与Pb-1.0wt%Ag合金惰性阳极材料相比,PANI和WC活性颗粒共同沉积到基质金属Pb中都有降低锌电积过程析氧过电位的作用,同时,交换电流密度和电催化表面积也明显高于Pb-1.0wt%Ag合金阳极材料。在50g/LZn2+、150g/LH2SO4溶液中及35℃时,进行了Ti/Pb-WC-PANI复合阳极材料与Pb-1.0wt%Ag合金阳极材料的锌电积应用模拟实验对比研究。Ti/ Pb-WC-PANI复合阳极材料在锌电积时的槽电压比Pb-1.0wt%Ag合金阳极材料的槽电压降低了300mV,表现出了非常好的节能潜力。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
第一章绪论  9-21
  1.1 概述  9
  1.2 钛基阳极材料的国内外研究现状  9-17
    1.2.1 电极材料的基本要求  10
    1.2.2 钛基金属氧化物阳极的分类  10-11
    1.2.3 钛基二氧化锰阳极材料的研究进展  11-12
    1.2.4 钛基二氧化铅阳极材料的研究进展  12-15
      1.2.4.1 钛基二氧化铅电极  13-14
      1.2.4.2 新型钛基二氧化铅电极  14
      1.2.4.3 掺杂钛基二氧化铅电极  14-15
    1.2.5 钛基铂族系阳极材料的研究进展  15-17
  1.3 脉冲电沉积技术的应用前景  17-19
    1.3.1 脉冲电沉积的发展  17
    1.3.2 脉冲电沉积的优点  17-18
    1.3.3 脉冲电镀技术的应用  18-19
      1.3.3.1 脉冲电沉积贵金属  18-19
      1.3.3.2 脉冲电沉积普通金属以及合金  19
      1.3.3.3 脉冲电沉积纳米晶  19
    1.3.4 当前电沉积的热点  19
  1.4 论文的研究意义和内容  19-20
  1.5 创新与特色  20-21
第二章理论基础  21-29
  2.1 脉冲电沉积原理  21-24
  2.2 复合电沉积原理  24-25
    2.2.1 复合电沉积的条件  24
    2.2.2 复合电沉积的机理  24-25
  2.3 电极材料的选择  25-29
    2.3.1 基体钛的优点  25-26
    2.3.2 底层的选择  26-27
    2.3.3 掺杂颗粒的选择  27-29
      2.3.3.1 WC的性质  27
      2.3.3.2 聚苯胺性质  27-29
第三章实验方法  29-35
  3.1 实验仪器及试剂  29-30
  3.2 电解液组成及工艺参数  30
  3.3 工艺流程  30-31
    3.3.1 喷砂  30
    3.3.2 化学除油  30
    3.3.3 水洗  30
    3.3.4 酸浸蚀  30
    3.3.5 打底  30-31
    3.3.6 活性层镀液的配制  31
  3.4 复合阳极材料性能的表征方法  31-33
    3.4.1 外观的检验  31
    3.4.2 结合力的检验  31
    3.4.3 沉积速率的测定  31-32
    3.4.4 稳态极化曲线的测定  32
    3.4.5 表面形貌观察及晶体结构分析  32-33
  3.5 本章小结  33-35
第四章 Pb-WC-PANI复合阳极材料的制备及其性能的研究  35-47
  4.1 导通时间对析氧动力学参数及阳极其他性能的影响  35-38
  4.2 平均电流密度对析氧动力学参数及阳极其他性能的影响  38-40
  4.3 PANI质量浓度对析氧动力学参数及阳极其它性能的影响  40-42
  4.4 WC质量浓度对析氧动力学参数及阳极其他性能的影响  42-45
  4.5 本章小结  45-47
第五章几种阳极材料的性能比较  47-61
  5.1 不同阳极材料电化学性能的探讨  47-53
    5.1.1 稳态极化曲线  47-48
    5.1.2 Tafel曲线  48-49
    5.1.3 循环伏安曲线  49-51
    5.1.4 交流阻抗曲线(EIS)  51-53
  5.2 表面形貌观察  53-54
  5.3 成分分析  54-57
  5.4 XRD分析  57-59
  5.5 本章小结  59-61
第六章 Pb-WC-PANI复合阳极材料在锌电积中的应用  61-65
  6.1 槽电压的测定  61
  6.2 电流效率的测定  61-62
  6.3 Pb-WC-PANI复合阳极材料的强化寿命  62-63
  6.4 本章小结  63-65
第七章结论及展望  65-67
  7.1 主要结论  65-66
  7.2 课题展望  66-67
致谢  67-69
参考文献  69-75
附录A (攻读硕士期间发表的论文)  75

脉冲电沉积制备Ti基复合阳极材料及其性能的研究

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