醋酸鈉溶液中銅的交流電解和鋁的氧化

1、醋酸鈉溶液中銅的交流電解和鋁的氧化摘要 在含水醋酸鈉溶液中使用交流工頻電流進(jìn)行銅的電解和鋁的氧化。銅和氧 化銅的氧化加速，但不顯著影響鋁的氧化速率?？捎脕碓阢~鋁氧化物體系中制備高 含量的氧化銅（質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達(dá)70%）。為了克服電極表面的氧化物層的阻力造成電 壓損失，大大限制了其工藝和產(chǎn)品的應(yīng)用。此外，鋁在堿性的醋酸鈉水溶液中進(jìn)行 化學(xué)氧化而不是電化學(xué)氧化，導(dǎo)致功率不飽和，沒有納米金屬氧化物的形成。此結(jié) 果不彳僅強(qiáng)調(diào)納米材料生產(chǎn)的新技術(shù)，也讓科學(xué)家了解金屬交流氧化過程的機(jī)制。 關(guān)鍵詞：交流電解，氧化銅，氧化鋁，醋酸鈉，電極電位，相組成前言電化學(xué)過程使用不同的方式。以下是最普遍的方法：電化學(xué)分析方法

2、；金屬各 部分表面涂層裝飾，使其具有功能特性，防止腐蝕；生產(chǎn)不同類型的功能材料。大量的能源消耗是功能材料電化學(xué)合成的主要不利特征。這導(dǎo)致產(chǎn)品成本價(jià)格 提高。同時(shí)，電化學(xué)方法可以生產(chǎn)功率飽和的納米材料。在氯化鈉溶液中用交流工頻電流同時(shí)進(jìn)行銅和鋁的電化學(xué)氧化，銅-鋁氧化物 體系的產(chǎn)物可用于不同的催化和吸附過程W。金屬的電化學(xué)交流氧化的特點(diǎn)是具有相對(duì)較低的輸出電流，原因是部分金屬氧 化物還原時(shí)，電極電位是相反的。可以預(yù)先確定的是，在氯化鈉溶液中，氧化銅的 形成比分解更快。已經(jīng)可使銅具有更高的電流輸出，但遠(yuǎn)低于其最大值，且在氧 化物體系中銅的含量還不夠高。因此，需要找出銅鋁氧化更快速的方法。非平衡電解

3、條件下，氧化物系統(tǒng)的高分散性和活性的增加導(dǎo)致電解產(chǎn)品與含碳 氣態(tài)化合物相互作用，導(dǎo)致層狀雙氫氧化物（LDH）的形成。熱處理使LDH具有 氧化物系統(tǒng)的特點(diǎn)，使其支持催化和吸附過程ACO在水和NaCl溶液中的溶解度取決于溫度，壓力和空氣參數(shù)。因此，空氣條 件影響含氣態(tài)碳化物的電解產(chǎn)物碳化過程的速率13。將會(huì)造成電解產(chǎn)物組成和性質(zhì) 的不穩(wěn)定。因此，需要研究在含有含碳化合物的體系中LDH的形成。根據(jù)文獻(xiàn)，在 含有NaHCO和Na CO的溶液的電化學(xué)過程能產(chǎn)生堿式碳酸銅Cu （OH） CO 14,15。3含碳化合物使用碳酸鈉和醋酸鈉作為電解質(zhì)是很好的。使用其他有機(jī)化合物是 不合實(shí)際的，因?yàn)闀?huì)降低電導(dǎo)率。

4、電化學(xué)過程的基本能耗是顯而易見的：因此，克 服溶液電阻產(chǎn)生的高能耗顯著降低了產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。因此，本工作的目的是在含銅量較高的雙氧化系統(tǒng)中同時(shí)進(jìn)行銅和鋁的電化學(xué) 氧化，穩(wěn)定轉(zhuǎn)化為含碳的層狀雙氫氧化物。實(shí)驗(yàn)利用工頻交流電進(jìn)行金屬電化學(xué)氧化過程如下：在100C，電流密度為1A/cm2，質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為3%和15%的醋酸鈉水溶液中進(jìn)行金屬的電化學(xué)氧化。將銅 板（記為M1）和鋁（記為A0）作為可溶性電極。電解產(chǎn)物用蒸餾水和干燥空氣在110C下干燥3小時(shí)。用DRON-3M衍射儀和CuKa輻射（A=1.5418A）在25mA和35KV下進(jìn)行X射 線衍射。以40/min的計(jì)數(shù)率在10到70范圍進(jìn)行數(shù)據(jù)收集。根據(jù)

5、數(shù)據(jù)庫2來確 定相組成。結(jié)果與討論金屬在醋酸鈉溶液中氧化過程的一個(gè)顯著特征是在電極的表面會(huì)形成致密的氧 化層。這層氧化層具有高擴(kuò)散阻力能防止金屬氧化。這是在醋酸鈉溶液中金屬氧化 速率低于氯化鈉溶液中氧化速率的原因（表1）表1氯化鈉、醋酸鈉溶液中銅的交流電解和鋁的氧化Oxidized metalElectro Ijie solutionCuCuAlAlconceinration, wt %NaClCHjCOONaNaClCH3COONaMetal oxidation rate, g / cniJ h30.050.0350320.15150.0170.0060.320.21Voltage, V34

6、.716,72073.4152.5521853.2克服層電阻而附加的電壓被認(rèn)為是高分解電壓，使電極上銅極化的氫潛力。因 此，銅的氧化速率會(huì)增加。在醋酸鈉和氯化鈉溶液中分離氧化銅時(shí)，使用15%質(zhì) 量分?jǐn)?shù)為3%的CH3COONa時(shí)氧化速率比使用濃度為3倍質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的CH3 COONa時(shí)速率要小。因此，分離氧化銅的速率似乎是由電極電位決定的，但是金 屬表面的層擴(kuò)散阻力是有限的。金屬可以分為兩種類型。與標(biāo)準(zhǔn)電極電位比較，金屬（例如銅）的電位是正 的，其他金屬（例如鋁）的電位是負(fù)的。在交流氧化時(shí)，金屬在陽極半周期氧化， 在陰極半周期部分還原。氫分子的形成在陰極半周期。第一類金屬在陰極半周期的 主要

7、反應(yīng)是金屬的還原，第二類金屬在陰極半周期的反應(yīng)是氫分子的還原。因此， 金屬的總氧化速率不僅取決于金屬的氧化速率，還取決于金屬的還原率。如果陰極 反應(yīng)的本質(zhì)和速率主要由電極電位決定，那么陰極反應(yīng)的速率取決于金屬的性質(zhì)。 第二類金屬在交流氧化時(shí)，鋁具有最高的氧化速率，是其他金屬的氧化率的幾倍。 這是因?yàn)殇X的密度低（P =2.7g/cm2，p =8.9g/cm2），使鋁原子更易與電極表 面分離。在粗糙的表面會(huì)形成一層厚的、續(xù)的氧化物促使金屬氧化。相反，不論什么電解質(zhì)，鋁氧化反應(yīng)時(shí)陰極的主要反應(yīng)是氫還原，因此對(duì)鋁氧 化率不利。在這種情況下，鋁氧化的速率是通過氧化物層的擴(kuò)散阻力和鋁的電化學(xué) 氧化速率來測(cè)

8、定，而不是通過電極電位。同時(shí)，在堿性的醋酸鈉溶液中進(jìn)行鋁的氧 化，無需外部電流源。氧化過程隨緊密氧化層的形成而停止。鋁的交流極化不需克服鈍化，因此，在醋酸鈉溶液中不會(huì)有高的氧化率。假定金屬的電化學(xué)氧化過程不 考慮電能，其主要用來克服系統(tǒng)中的各種阻力。事實(shí)是，在醋酸鈉溶液中的氧化率 比在氯化鈉溶液中低1.5-2倍（表1）。氯化鈉溶液中鋁的高氧化率，不僅是電化 學(xué)機(jī)理導(dǎo)致的，也是氯離子影響形成一個(gè)松散的低電阻氧化層導(dǎo)致的。此外，該層 通過氣體電解移除表面的金屬。銅和鋁在醋酸鈉溶液中氧化可以顯著加速銅的氧化?？梢酝ㄟ^以下來解釋。與 銅相比，鋁的表面有一層致密的覆蓋層，需要更高的電壓來克服。這就導(dǎo)致銅

9、極化 時(shí)氫分子優(yōu)先在陰極上形成。同時(shí)，交流整流使鋁表面上氧化物層的形成對(duì)銅氧化 做貢獻(xiàn)。因此，銅和鋁同時(shí)在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的醋酸鈉溶液中氧化，銅的氧化速率是銅 的分離速率的14倍。用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的溶液進(jìn)行處理可以使氧化速率提高80倍 以上（表2）。表2交流電流下，銅和鋁在醋酸鈉和氯化鈉溶液中氧化Oxidized metalElectrolyte solutionCuAlconcentration, wt % NaClCHiCOONaNaCICHiCOONa0J22OU 28AJK-h-snv=二圖1醋酸鈉溶液中銅交流電解氧化的XRD0J22OU 28AJK-h-snv=二圖1醋酸鈉溶液中銅交

10、流電解氧化的XRD圖30.0550.4910323150.0070.482032圖1和3表明，銅在氯化鈉溶液中氧化形成氧化亞銅Cu O （JCODS卡片,.NO.5-0667），而在乙酸鈉溶液中銅的氧化產(chǎn)物是氧化銅CuO （JCPDS卡片NO.5-0661 ）?？梢员磉_(dá)為在堿性介質(zhì)中能穩(wěn)定存在的是二價(jià)銅。圖1確定了堿式碳酸銅（孔雀石，Cu （OH） CO，JCPOS卡片NO.41-1390）在空氣中的碳化過程。反應(yīng)是廣 泛，模糊和低強(qiáng)度的然而，這個(gè)過程比氯化鈉中獲得的產(chǎn)品的碳化要密集。鋁氧化的產(chǎn)物是鋁的結(jié)品氫氧化物（勃姆石，AlOOH，JCPDS卡片NO.17-0904）。41bi的30加2

11、there, (degrees)折一qLmtKIl一 q341bi的30加2 there, (degrees)折一qLmtKIl一 q3A1WCXC一2(toOG-ISOOO-IftOWi-14000-I20IKJ-KKW-SOW 0林-IUIKJ-2帥】_0-圖2醋酸鈉溶液中鋁交流電解氧化的XRD圖211iti2 thwni fdegrees)7ti圖3醋酸鈉溶液中鋁和銅的交流電解氧化產(chǎn)品的XRD圖XRD測(cè)試表明，交流電化學(xué)氧化時(shí)不形成含碳化合物，氣體碳化也不大出現(xiàn)。在 醋酸鈉溶液中電解時(shí)，電極電位的變化率提高，高度分散和高度脫水的產(chǎn)物的疏水 性的提高，使其在空氣中的穩(wěn)定性提高。結(jié)論結(jié)果表明在醋酸鈉溶液中同時(shí)進(jìn)行銅和鋁的交流電化學(xué)氧化是生產(chǎn)銅氧化物和 氧化銅含量高（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70%）的銅鋁氧化物的有效途徑。同時(shí)，由于克服在 電極表面的氧化物層電阻造成明