离子液体电沉积制备纳米铝的反应动力学规律

【作者】 郑勇； 郑永军； 王振； 武卫明； 侯绍刚；

【机构】 安阳工学院化学与环境工程学院；

【摘要】 作为一种新型的储能材料,纳米铝已被应用于火箭推进器、军工和航空航天等领域。目前,纳米铝的制备主要通过氮气雾化法进行,该方法虽然操作简单,但是存在着粉尘污染重、产品纯度低、能耗高和温度高等问题[1]。因此,开发新型的制备技术,特别是低温电解质是解决问题的关键。近年来的研究表明,从一些离子液体体系中也能够电沉积出纳米铝,这为技术的发展提供了新的方向[2]。然而,相关研究对电沉积过程的动力学规律认识不足,不利于有关应用工作的进一步开展。本文从上述背景出发,深入研究了离子液体电沉积制备纳米铝过程的反应动力学规律。实验结果表明,铝的电沉积过程均为动力学上典型的准可逆过程,反应速率和效率受到离子扩散、离子传递的控制,符合三维瞬时成核机理,如图1所示。在较低的温度和适中的电流密度下,铝的择优晶型取向为(200),此时的沉积层较为均一、平整,平均粒径一般为纳米级。而当温度较高且电流密度较大时,铝的择优晶型为(111),所对应的沉积层大都比较粗糙,结构疏松,晶粒较大。所以说,制备纳米铝时,就需要适当地调整反应条件,引导铝在(200)型晶面上进行电沉积生长。同时还发现,离子与电极表面的相互作用是影响纳米铝制备的关键。当离子在电极表面分布较为均匀,电解形成较为均一致密的晶核,沉淀过程中晶核有序生长且不过度时,可获得纳米铝。而一些具有电化学活性的功能基团或者添加剂是促成该反应过程的重要因素。更多还原