微纳米铝在氯铝酸离子液体中电沉积规律

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1、doi：10.3969/j.issn.1007-7545.2017.10.007微纳米铝在氯铝酸离子液体中的电沉积规律郑勇1，王倩2，郑永军1，张华云3，武卫明1（1.安阳工学院化学与环境工程学院，河南安阳455000；2.中国科学院过程工程研究所，北京100190；3.安阳市河道管理处，河南安阳455000）摘要：合成、表征了两种典型的氯铝酸离子液体，1-丁基-3-甲基咪唑氯铝酸盐和1-烯丙基-3-甲基咪唑氯铝酸盐。在此基础上，通过电化学测试和原子力显微镜对铝在离子液体中的电沉积规律进行了系统研究，证明反应过程受离子扩散控制，可逆性较

2、好，可获得微纳米铝。离子液体的阳离子结构对产物的状态和尺寸影响较大，降低离子间相互作用能可以进一步获得更加细致、平整的铝晶体。关键词：铝；微纳米；电沉积；离子液体中图分类号：TF821；O646.5；TQ150.1文献标志码：A文章编号：1007-7545（2017）10-0000-00ElectrodepositionBehaviorofMicro-NanoAluminiuminChloroaluminateIonicLiquidsZHENGYong1,WANGQian2,ZHENGYong-jun1,ZHANGHua-yun3,WU

3、Wei-ming1（1.DepartmentofChemicalandEnvironmentalEngineering,AnyangInstituteofTechnology,Anyang455000,Henan,China;2.InstitutesofProcessEngineering,ChineseAcademyofSciences,Beijing100190,China;3.AnyangRiverManagementOffice,Anyang455000,Henan,China）Abstract：Twotypicalchloro

4、aluminateionicliquids,including1-butyl-methylimidazoliumchloroaluminateand1-allyl-methylimidazoliumchloroaluminateweresynthesizedandcharacterized.Systematicmeasurementsbasedonelectrochemistryandatomicforcemicroscopewereconductedtoexploreelectrodepositionbehaviorofaluminu

5、minionicliquids.Experimentalresultsshowthatdepositionprocessisquasi-reversibleandcontrolledbyiondiffusion.Micro-nanoaluminumcanbeelectrodepositedbythismethod.Structureofcationhassignificanteffectonshapeandsizeofaluminumdeposits.Smootherandfineraluminumcrystalscanbeobtain

6、edinionicliquidswithlowerinteractionenergyamongcationsandanions.Keywords：aluminum;micro-nano;electrodeposition;ionicliquid金属铝由于独特的物化性质而被广泛应用于生产和生活之中，铝工业一般包括电解铝、电镀铝和纳米铝的制备等领域。目前，电解铝过程主要在高温熔盐体系中进行，反应温度高于铝的熔点。然而，该方法存在很多固有缺陷，例如二氧化碳和氟化物的过度排放、较高的操作温度和能耗等[1]。另一方面，在电镀铝和纳米铝的制备中所使

7、用的有机体系易燃、易挥发且化学稳定性低，操作起来不安全，这些都限制了技术的进一步发展[2]。因此，客观上需要研发更多有效和环保的低温电解质体系[3]。为了解决上述问题，早在20世纪中期就有学者开发了氯铝酸型低温熔盐，即第一代离子液体用于相关研究。与传统体系相比，离子液体具有更加优良的物理化学性质，非常适合作为新型低温电解质应用于铝的电沉积过程[4]。该反应温度低于100℃，能耗可节省50%以上，同时还能够获得性能和纯度更高的铝产物[5]。目前，大部分文献报道主要集中于铝在Lewis酸性氯铝酸型离子液体中的电沉积，虽然有关工作取得了重要进

8、展，但对于体系阳离子结构和铝的沉积规律之间的关系认识仍然十分有限。从科学理论和工业应用的角度来说，需要进行进一步的深入研究[6]。本文从上述背景出发，合成并采用了两种氯铝酸离子液体，1-丁基-3-甲基咪唑氯