在酸性硫酸鹽體系中采用陰極掃描伏安和計時電流等電化學(xué)測試方法,研究添加十二烷基硫酸鈉（SDS）對銅電沉積過程的作用機(jī)理。結(jié)果表明:銅的電結(jié)晶過程符合Scharitker-Hill三維成核/生長機(jī)制。SDS的添加使沉積電位正移,降低了陰極極化;SDS濃度為0.5 g/L時,在–0.2～–0.28 V的電位區(qū)銅的電結(jié)晶符合漸進(jìn)成核,成核弛豫時間延長,形核速率降低。SDS濃度為1 g/L時,SDS結(jié)構(gòu)由長鏈狀轉(zhuǎn)變?yōu)榍驙钅z束,在電位為–0.2 V時銅電結(jié)晶按漸進(jìn)成核方式進(jìn)行,在–0.23～–0.28 V的電位區(qū)銅電結(jié)晶轉(zhuǎn)化為瞬時成核,成核弛豫時間減少,形核速率加快。 

【文章來源】：稀有金屬材料與工程. 2020,49(08)北大核心

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

長分子鏈的SDS逐漸形成球狀膠束的反應(yīng)原理

圖5a中，在H2SO4溶液中添加SDS之后的曲線變化說明電解液中的SDS參與了電極表面的電化學(xué)反應(yīng)，并對電極表面氫的析出過程產(chǎn)生影響，但并沒有引起新反應(yīng)發(fā)生。加入SDS后，曲線表現(xiàn)出電流密度降低的趨勢，可能的原因是電解液中SDS吸附在陰極表面，當(dāng)氫離子在電極表面還原之后，陰極表面的SDS覆蓋了電化學(xué)反應(yīng)的活性位點(diǎn)，抑制了電化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生。在SDS濃度為0.5 g/L的硫酸溶液中所測得的電流密度比SDS濃度為1 g/L的硫酸溶液所測得的電流密度大，因為加入的SDS形成球狀膠束時表面張力下降，增加了膠束在陰極表面的吸附，抑制還原反應(yīng)的發(fā)生，使電流密度降低。圖4 銅與SDS之間的相互作用機(jī)理

圖3 不同電解液的紅外光譜圖比較圖5b中不同質(zhì)量濃度SDS的硫酸銅電解液中銅的線性掃描曲線，在未加入SDS的電解液中，銅在陰極表面的沉積起始電位約在–0.14 V，在添加0.5g/L SDS的電解液中銅的沉積起始電位約在–0.06 V，電解液中少量的SDS（未形成膠束）添加使銅沉積起始電位正移，陰極極化減小。還原電勢正移的原因可能是因為p H>1.5時，電解液中游離的Na+和Cu2+之間進(jìn)行離子交換形成(C12H25-OSO3-)2Cu2+（如圖4所示），(C12H25-OSO3-)2Cu2+中的烴鏈?zhǔn)杷�，具有很�?qiáng)的從水相中逸出的傾向[13,14]，增加了銅離子與陰極接觸的機(jī)會，有利于陰極銅的還原。然而，在電位大于–0.29 V時，SDS濃度為0.5 g/L的電解液中銅的陰極電流密度比未加入SDS電解液中銅的陰極電流密度小，這可能是因為電勢增大時溶液的傳質(zhì)效果明顯，而(C12H25-OSO3-)2Cu2+的長分子鏈降低了溶液的傳質(zhì)，使陰極放電的離子數(shù)減少，導(dǎo)致電流密度降低。當(dāng)SDS的濃度為1 g/L（形成球形膠束）時，銅沉積的起始電位正移，陰極極化減少；電位大于–0.3 V時，在SDS濃度為1 g/L的電解液中銅的電流密度比未加入SDS電解液中銅的電流密度大，這可能是因為SDS濃度為1 g/L時，由于能量最低原則，溶液中的表面活性劑形成靜電荷為正的球形膠團(tuán)，通電后，球狀膠團(tuán)在電場的作用下向陰極移動，其親水基團(tuán)吸附的Cu2+得到電子，原位還原為單質(zhì)銅，此時膠團(tuán)靜電荷為負(fù)[15,16]。在粉末的形核、結(jié)晶過程中，同樣遵循界面能量最低原則，在金屬晶核表面形成球形的有機(jī)包覆層。因為包覆層帶負(fù)電，陰極也帶負(fù)電，在斥力的作用下粉末不吸附在陰極上導(dǎo)致電流密度增大。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號：2989289