二甲基亞砜中Er_Co合金膜的電化學(xué)制備

1、第40卷 第6期2001年 11月中山大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)ACTA SCIENTIARUM NATURALIUM UNIVERSITATIS SUNYATSENIVol 40 No 6Nov 2001二甲基亞砜中Er_Co合金膜的電化學(xué)制備李高仁,袁定勝,童葉翔,劉冠昆,徐常威(中山大學(xué)化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院,廣東廣州510275)摘 要:研究了室溫條件下ErCl3_CoCl2_LiClO4_二甲基亞砜(DMSO)體系中的Er_Co在銅電極上的共沉積,利用恒電位電解法制備出了Er的不同質(zhì)量百分含量的Er_Co合金膜.0 08mol/LErCl3_0 1mol/LCo Cl2_0 1mol/LLi

2、ClO4_二甲基亞砜溶液在-2 58V(vsSCE)時恒電位電解得到了表面均勻、附著力好、有金屬光澤的黑色沉積膜,應(yīng)用EDAX和XRD分析了沉積膜組成及形態(tài).關(guān)鍵詞:共沉積;恒電位電解;二甲基亞砜(DMSO);Er_Co合金0125 02中圖分類號:O641 33 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:0529 6579(2001)06稀土及其合金具有磁、光、電等特殊性能,因而被廣泛應(yīng)用于各種功能材料中,其中Er_Co合金膜主要應(yīng)用于磁性、磁光材料.其目前主要采用真空鍍和離子濺射法來制備,所需的儀器和設(shè)備要求都很高,但又由于稀土金屬的活潑性,其在水溶液中的電化學(xué)沉積很困難,在熔鹽體系中電解又需在較高的溫度

3、下完成,若能在室溫條件下用電沉積的方法制備出稀土金屬及其合金,則可極大地提高基在功能材料中的應(yīng)用范圍14.本文研究了室溫條件下在LiClO4_二甲基亞砜(DMSO)體系中電沉積Er_Co合金膜的條件,通過從ErCl3_CoCl2_LiClO4_DMSO體系中進(jìn)行恒電位電解,在銅電極上得到了附著力較好、有金屬光澤的非晶態(tài)Er_Co合金膜.1 實驗部分無水ErCl3用Er2O3(w 99 99%)與鹽酸(AR)反應(yīng)得到ErCl3 6H2O后,再控溫在393K下真空脫水制得5,6.DMSO(CP)用0 4nm活化分子篩干燥后,經(jīng)減壓蒸餾提純處理7.實驗采用三電極體系,工作電極為銅片(純度為99 9%

4、,面積為0 025cm2),輔助電極為鉑片,參比電極使用雙鹽橋系統(tǒng)連接的飽和甘汞電極(SCE),本文出現(xiàn)的電勢均為相對于該參比電極的電勢.實驗在氬氣氛下進(jìn)行測試,使用HDV_7C晶體管恒電位儀,HD_1A型低頻_超低頻函數(shù)發(fā)生器,3086X_Y函數(shù)記錄儀進(jìn)行電化學(xué)測量,陰極還原產(chǎn)物用D/MAX_3AX射線衍射分析確定物相構(gòu)成,用OxfordSIS300能量色散譜儀分析沉積物的表面組成.2 結(jié)果與討論采用循環(huán)伏安法對0 01mol/LLiClO4_DMSO體系進(jìn)行研究.圖1a為0 01mol/LLiClO4_DM SO體系在銅電極上的循環(huán)伏安曲線,由此圖可知其陰極極限電位為-3 50V,陽極極限

5、電位為0 30V,電化學(xué)窗口為3 80V,圖1b為0 01mol/LCoCl2_0 1mol/LLiClO4_DMSO體系的循環(huán)伏安曲線,在此圖中出現(xiàn)一個陰極還原峰,其起峰電勢為-1 23V,峰電勢為-2 13V,與圖1a比較,可以認(rèn)為在峰電勢為-2 13V下出現(xiàn)的還原峰對應(yīng)于Co2+還原,即Co2+2e!Co.圖1 Cu電極上的循環(huán)伏安曲線Fig 1 CyclicvoltammagramonCuelectrode溫度303K,掃描速率0 04V/s,面積為0 025cm2圖2是0 01mol/LCoCl2_0 01mol/LErCl3_0 1mol/LLiClO4_DMSO體系在銅電極上的循

6、環(huán)伏安曲線,圖中出現(xiàn)2個還原峰,起峰電勢分別為-1 25V,-2 18V,與圖1進(jìn)行比較可認(rèn)為第1個還原峰對應(yīng)于Co2+的還原,第2個峰應(yīng)基金項目:廣東省千百十人才工程基金資助項目(00-079-421005)收稿日期:2001_09_24;作者簡介:李高仁(1977-),男,碩士研究生;通訊聯(lián)系人:童葉翔.126中山大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)第40卷是Er3+與Co2+的共沉積峰,在以下的電沉積試驗中也得到了證明.圖3為0 1mol/LCoCl2_0 08mol/LErCl3_0 1mol/LLiClO4_DMSO溶液在-2 58V下進(jìn)行恒電位電解所得沉積物的X_射線衍射圖,圖中3個峰均為基體銅

7、的衍射峰,說明所沉積的合金膜為非晶態(tài).圖2 0 01mol/LCoCl2_0 01mol/LErCl3_0 1mol/LLiClO4_DMSO體系在銅電極上的循環(huán)伏安曲線Fig 2 CyclicvoltammogramonCueletrodeinCoCl2_ErCl3_LiClO4_DMSOsystem溫度303K,掃描速率0 04V/s,面積為0 025cm2圖3 恒電位電解后所得合金膜的XRD圖Fig 3 X_raydiffractionpatternofalloyfilm以紫銅片為研究電極,在電位分別為-2 50,-2 55,-2 58,-2 65V下對0 1mol/LCoCl2_0 0

8、8mol/LErCl3_0 1mol/LLiClO4_DMSO進(jìn)行恒電位分解,電解時間為40min,所得實驗結(jié)果如表1所示,隨著沉積電位的負(fù)移,稀土Er的質(zhì)量濃度先增加而后又減少,在沉積電位為-2 58V時,沉積層中稀土Er的質(zhì)量濃度可達(dá)到56 79%,且有很好的附著力.表1 銅陰極上Er_Co合金鍍層的組成及形態(tài)Tab 1 CompositionandsurfaceshapeofEr_CoalloyonCuelectrode沉積電勢沉積時間Vmin-2 50-2 55-2 58-2 6540404040w%ErCo45 6154 39沉積物形態(tài)參考文獻(xiàn):1 KUMBARPP,LOKHANDE

9、CD.ElectrodepositionofyttriumfromanonaqueousbathJ.MetalFinishing,1995,93(4):28.2 NORIMIKIUH,TOHRUAK.PreparationandmagneticpropertiesofCo_Gdamorphousalloyfilmsbyelectro platingmethodJ.MateralsScienceandEngneering,1998,99:105.3 童葉翔,劉冠昆.何山,等.二甲基亞砜溶劑中Y_Ni合金膜的制備J.中國有色金屬學(xué)報,2000,10(3):448.4 LIUP,YANGQ,TONGY,etal.ElectrodepositionofGd_CofilminorganicbathJ.ElectrochemicalActa,2000:2147-2152.5 日本化學(xué)會.無機(jī)化合物合成手冊,第二卷M.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1986.254.6 中山大學(xué)金屬系.稀土物理化學(xué)常數(shù)M.北京:冶金工業(yè)出版社,1986.254.7 JANZGJ,TOMKINSRPT.Nonaqueouselectro_lyteshand_book,(#)M.NewYorkandLondon:Aca demicPressINC,1973.灰黑色,附著力不好56 2743 73黑色,有較好