【摘要】：梯度合金材料作為一種功能型材料,其合成技術(shù)及應(yīng)用逐漸成為一個研究熱點。本論文的研究內(nèi)容包括兩個方面;一是采用新型的雙極電極電沉積法制備鎳銅成分梯度合金(Ni_xCu_(1-x)),研究其形貌演變及電催化析氫效果;二是根據(jù)雙極電化學(xué)原理,自制雙極電解池,探究并發(fā)展在線雙極電極法對鎳銅雙組分重金屬離子的分離和檢測。使用分體式雙極電極電沉積法在薄銅片基底上制備出成分及形貌豐富的Ni_xCu_(1-x)梯度合金,并沿著雙極電極長度方向分布。選擇場發(fā)射掃描電鏡(FESEM)、高分辨透射電鏡(HRTEM)、陰極電勢掃描法及交流阻抗法研究合金成分及形貌與電催化析氫效果的關(guān)系。實驗表明,通過FESEM觀察發(fā)現(xiàn),在整個電極沉積區(qū),梯度合金的形貌由金字塔狀(三棱錐)逐漸向枝葉狀演變,最后形成納米或微米球狀。利用EDX對一系列Ni_xCu_(1-x)梯度合金電極中的元素進行分析,Ni原子的含量(x)從0到0.89不斷變化。選擇陰極電勢掃描法對不同系列的合金電極在1.0M H_2SO_4溶液中進行電化學(xué)析氫性能測試,隨著合金中Ni含量(x)的增加,相同電勢下析氫反應(yīng)的電流密度則先增加后降低,當(dāng)x=0.61時具有最大的電流密度。在1.0M H_2SO_4溶液中的恒電流8h析氫穩(wěn)定性測試表明,x=0.61的電極對析氫反應(yīng)有明顯的去極化作用。交流阻抗法測試表明,上述組成的合金電極具有最小的電荷傳遞電阻Rct和最大的雙電層電容C_(dl)。實驗表明,采用雙極電沉積法可以高效地制備出具有豐富成分和形貌的合金材料,為電催化材料的高通量篩選提供豐富的樣品。基于雙極電極與電解質(zhì)溶液之間存在的電勢梯度,,采用分體式雙極電極,對兩種重金屬離子Cu~(2+)、Ni~(2+)進行在線電沉積分離。根據(jù)雙極電極的工作原理,我們自主設(shè)計了一個雙極電極電解池,進行了大量的探究性實驗。實驗中,探究了雙極電極材料、驅(qū)動電勢、背景液的流速以及儲液槽與微通道間的軟管長度對兩種金屬離子分離檢測的影響。同時,根據(jù)實驗中出現(xiàn)的問題,不斷優(yōu)化雙極電極電解池裝置結(jié)構(gòu),解決了裝置密封性差、流速不均勻、樣品液注射困難等一系列問題。改進后的分體式雙極電極電解池具有加工程序簡單、結(jié)構(gòu)可控、操作靈活等優(yōu)勢。但是,結(jié)合電化學(xué)工作站測試的i-t曲線,可以看出,調(diào)節(jié)驅(qū)動電勢或軟管長度,尚未能分離沉積出單個純金屬,金屬離子在雙極電極陰極片上沉積的位置總是靠近末端。因此,總結(jié)實驗中所存在的問題,還需不斷的探索研究。需要深入查閱資料了解微通道中的電場分布,設(shè)計合理的分體式雙極電極電解池,從而在線成功分離雙組分重金屬離子。雙極電極電沉積法能成功制備Ni_xCu_(1-x)成分梯度合金,并作為高通量電催化劑材料。雙極電極與電化學(xué)工作站相結(jié)合,選擇i-t法對分離過程中的電流變化進行實時檢測記錄,探索了一種新型的分離與檢測方法。
【圖文】：

圖１．１雙極電極的工作原理圖，Ｅ代表的是施加的外電場強度逡逑Ｆｉｇ邋１．１邋Ｗｏｒｋｉｎｇ邋ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ邋ｏｆ邋ＢＰＥ．邋Ｅ，邋ｅｌｅｃｔｒｉｃ邋ｆｉｅｌｄ．逡逑由于雙極電極沒有與外部導(dǎo)線相連接，電極表面上的任一位置的電勢差很難逡逑準(zhǔn)確確定，；ＢＰＥ也很難直接測定，這對于該技術(shù)是一個與生俱來的挑戰(zhàn)。測定雙逡逑極電極的理論最大電勢差ｚ￡ＢＰＥ，常用的方法如下［５７］：逡逑＾ＢＰＥ邋￣邋＾ｔｏｔ邋ｆｊ邐）逡逑＾ＣｈａｍｗＵ逡逑（ｌ．ｉ）逡逑這里，五ｔｅｌ為施加的驅(qū)動電勢，／ＢＰＥ為雙極電極的長度，／ｃｈａｎｎｅｌ為兩個驅(qū)動電極之逡逑間的距離。通過這個公式，可以看出，，當(dāng)兩個驅(qū)動電極間的距離不變，浸入電解逡逑液中的導(dǎo)體的長度越長，則形成雙極電極所需要的外加電場強度就越小。如果用逡逑一個微米或納米顆粒作為雙極電極，則所施加的電場強度就越大，數(shù)量級能達到逡逑１０００ｋＶ／ｍ［５８］。外部電場強度也與電解液的導(dǎo)電性直接相關(guān)，因此，電解液的組成逡逑是一個重要的影響因素：如果電解液導(dǎo)電性太高，導(dǎo)體的界面電勢降將不足以引逡逑

１．４．４雙極電極的結(jié)構(gòu)類型逡逑很多文獻報道的雙極電極都是連續(xù)式的［７２，７３］，即它是由單一的導(dǎo)體組成，就逡逑像圖１．２邋（ａ）所示。然而，也有兩個或多個獨立的電極組成一個雙極電極，我們逡逑把它叫做分體式雙極電極［７４］，如圖１．２邋（ｂ）所示。分體式雙極電極有著獨特的用逡逑處，可以在微流體裝置外連接一個電流表或者電壓表，進行原位測量分體式雙極逡逑電極上的工作電流或者電壓。Ｎｙｈｏｌｍ和Ｋｌｅｔｔ等人很早就己經(jīng)證實并測出穿過雙逡逑極電極上的電流，他們利用電流表檢測毛細管電泳中的雙極電極上的電流［７５］。逡逑Ｎｙｈｏｌｍ和他的課題組還使用一個含有２０個Ａｕ微帶陣列能同時檢測具有不同電逡逑勢的分析物［７６］。逡逑ａ）逡逑ＯＲ邐Ｏｒ邋Ｒｒ逡逑ＫＪ邋邐—．．．．．N考逡逑ａｎｏｄｉｃ邋ｐｏｌｅ邋邐—？邋ｃａｔｈｏｄｉｃ邋ｐｏｌｅ逡逑ｂ）邐ｏ邋ｒ邐ｒ逡逑圖１．２常見的雙極電極結(jié)構(gòu)類型圖，（ａ）為連續(xù)式雙極電極，（ｂ）為分體式雙極電極逡逑Ｆｉｇ．邋１．２邋Ｔｈｅ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｔｙｐｅｓ邋ｏｆ邋ＢＰＥ．邋（ａ）邋ｃｏｎｔｉｎｕｅ邋ＢＰＥ；邋（ｂ），邋ｓｅｐａｒａｔｅ邋ＢＰＥ．逡逑５逡逑
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TQ153

【參考文獻】

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本文編號：2605531