本科毕业论文-离子液体中电沉积铜、镍及其合金的研究进展

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1、学士学位论文题目离子液体中电沉积铜、镍及其合金的研究进展学生刘德华指导教师李杰副教授年级2009级6班专业化学系别化学系学院化学化工学院合肥师范大学2013年5月离子液体中电沉积铜、镍及其合金的研究进展刘德华摘要：离子液体也称为室温离子液体，即在室温时呈液态的由有机阳离子与无机阴离子组成的熔盐体系，是一种新型绿色介质，与传统的水溶液体系电沉积金属相比具有独特的优势。电化学窗口较宽、蒸汽压几乎为零（几乎不挥发）、环保、低毒。随着绿色化学观念的深入，对于金属电沉积的要求越来越高，人们选择了离子液体作为电沉积金属的介质，近几年对于离子液体在金属电沉积方面有了较快速的进展，本文中将重

2、点介绍铜、镍及其合金在离子液体中电沉积原理方法和优势以及国内外研究的近况。关键词：离子液体；金属；电沉积前言目前，离子液体的研究已经非常深入，离子液体本身是一种新型的溶剂，随着人们对于材料器械精密度、记忆性、传感性越来越高的要求。因此，在基板上电镀各种相应金属的密度、厚度、粘合度都有了较高要求。水和有机溶剂作为传统电沉积金属主要介质，在电镀某些金属时会有较高的超电势，氢的析出造成的氢脆现象会严重影响镀层金属的致密程度、耐腐蚀性、粘附性及其他性质，鉴于室温离子液体较宽的电化学窗口和几乎为零的蒸汽压，一方面使得离子液体在电沉积时可以减少金属超电势的限制，在水溶液体系电镀不了的活泼

3、金属也可以在离子溶液中沉积[1]。另一方面，在水溶液体系中电沉积常常加入酸或者有机物，这些酸类和有机溶剂有挥发性、腐蚀性、毒性、易燃易爆性，而离子液体的蒸汽压极低，几乎不挥发，这样在电沉积时减少了对实验者的伤害[2]。离子液体的种类很多，根据组成其阴阳离子不同分成不同种类的离子液体，不同种类的液体用来电镀不同的金属，双向的选择以及添加剂的加入使金属在基板上的镀层更致密、覆盖度好、均匀、无裂纹。1离子液体概述1.1离子液体定义离子液体（IonicLiquid）亦称室温离子液体、室温熔盐、非水离子液体、液态有机盐[3]。完全由特定的正负离子组成（有机阳离子和无机阴离子），这样不同

4、的正负离子可以组成多样的离子液体，同时，我们知道离子化合物都有较高的熔点，在室温下一般不呈现液态，目前所用的离子液体是熔点低的，具有固体材料物理化学性质的“软”功能材料（通常作为介质使用），常温或接近室温时呈现液态。1.2离子液体的分类离子液体由不同的阴阳离子组成，阴阳离子数目相同整体显中性，根据阳离子不同离子液体可分为咪唑类、噻唑类、铵盐类、季磷盐类、吡啶类、吡咯啉类等。根据银离子不同离子液体可分为氯铝酸类离子液体和相对稳定的其它型离子液体，例如：BF4-、PF6-等阴离子[4]。常用的是咪唑系列、吡咯系列。例如：1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸([BMIm][BF4])离子

5、液体。也可以按用途功能分类，第一类是有机卤化盐加AlCl3,第二类是新型稳定型离子液体（非AlCl3型），第三类是功能化离子液体化离子液体，是针对某一性能或应用设计的离子液体。例如：氯化-1-(2-轻乙基)-3-甲基咪哩盐([Hemimlcl)9]，1-甲基-3-(2-氨基乙基)咪哇六氟磷酸离子液体[5]。当然，也可以根据离子液体的酸碱性、在水中的溶解性以及离子液体的不同功能进行其它类别的划分。1.3离子液体的发展历史自1914年，Walden等人就报道了第一种室温离子液体，即硝酸乙基胺（[EtNH3][NO3]）从此人们开始逐渐认识了这种新型的绿色溶剂。1948年美国报道自

6、年了用于电镀的三氯化铝+卤化乙基吡啶离子溶液，成为第一代室温离子液体，但是烷基吡啶阳离子性质不稳定容易被还原[6]。第二代离子液体产生了，即氯铝酸二烷基正离子产生了，现在仍广泛被应用于电沉积、催化、电池等方面。20世纪七十年代Koch等人合成了N-烷基吡啶的氯酸铝盐型离子液体，为有机合成和电催化等方面打下了重要的基础。20世纪八十年代在美国Seddon教授建立了第一个离子液体实验室，并指出离子液体将在电化学领域拥有深远意义[7]。90年代初随着六氟磷酸、酒石酸、四氟硼酸等离子液体的产生，离子液体作为各种有机反应，催化反应等方面出了一系列令人鼓舞的进展。紧随其后吡咯类噻唑类咪唑

7、类季铵盐类等阳离子又被生产出来，对于离子液体的研究更加深入。目前，人们已经可以根据自己的需求来制备各种特定功能的离子液体[8]，而离子液体在金属电沉积方面也有较为广泛应用，作为新型绿色介质离子液体以其独特的优势正吸引着人们对他的研究。1.4离子液体的主要性质离子液体是由离子组成的，离子间相互作用力是库仑力，因此它的蒸汽压极低，近乎为零，直接导致离子液体挥发性很小。其次也是由于其组成为离子，所以离子液体导电性能非常好[9]。再次由于阴阳离子自由组合没有中心离子，使之具有多样性。一些离子液体（例如：氯化胆碱