離子液體在銅電沉積中的作用機理研究

《離子液體在銅電沉積中的作用機理研究》是依託昆明理工大學，由張啟波擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：離子液體在銅電沉積中的作用機理研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：張啟波
• 依託單位：昆明理工大學

項目摘要

電沉積是金屬提取和精煉的有效方法，添加劑在金屬電沉積過程中對於提高電流效率，降低能耗，獲得表面平整、光滑、結構緻密的陰極金屬，具有不可替代的重要作用。本項目針對傳統膠類和有機添加劑存在化學熱穩定性差、毒性較強等缺陷，率先提出利用離子液體性質穩定、導熱導電性良好和環境友好的特點，將其作為一類新型添加劑用於銅的電沉積，系統研究離子液體在電解液中的存在形態和在金屬表面的吸附機理、離子液體對電極反應的影響機制、陰極銅在離子液體作用下的形核和生長機理與調控機制。研究工作對於豐富離子液體的電化學理論，深入了解離子液體在銅電沉積中的作用機理具有重要的科學意義，為開發高效、化學穩定性高、環境友好的新型添加劑提供理論依據，對銅和其它金屬的電沉積具有重要的實際意義。

結題摘要

課題利用離子液體性質穩定、導熱導電性良好和環境友好的特點，將其用於銅的電沉積。研究工作選取三類不同構型的離子液體（咪唑類、吡啶類和季銨類不同陽離子和特定配陰離子）開展了深入探討；研究表明構成離子液體的陽離子含N基團具有特性吸附功能，與荷負電的電極表面之間形成了某種類似“離子鍵”的化學鍵吸附，根據烷基支鏈和含N基團吸附能力的不同對銅的電化學還原產生不同程度的抑制作用。咪唑類和季銨類離子液體作用類似，抑制作用主要源於功能基團的界面特性吸附，導致初期銅的電結晶由瞬時形核向連續形核的三維生長方式轉變，促進銅晶粒的水平方向生長，利於獲得球形顆粒狀和平整、緻密的片層狀沉積層；吡啶類離子液體會與體系中銅離子發生絡合作用，電還原涉及中間絡合步驟；阻化作用受絡合反應和界面特性吸附雙重作用影響，抑制效果更加明顯，易於形成納米構型(300-500 nm)銅沉積層。通過條件控制可實現離子液體作用下不同形貌和特殊結構金屬銅的可控制備。同時，針對離子液體的有序氫鍵結構和強極性特點，探索了電沉積製備納米/微米銅功能材料。如咪唑離子液體[BMIM]BF4室溫原位還原固態CuCl製備高純微米多孔銅，電流效率達97%；低共融型離子液體原位還原固態CuO製備高純微米多孔銅塊體(鈕扣狀，直徑15 mm)；低共融型離子液體可控制備納米銅粉(28±7 nm和57±6 nm)等。研究工作提供了有別於傳統水溶液製備銅及銅功能材料的新方法，提出了一些不同於分子溶劑環境適用於離子液體體系的電化學新機理；課題研究對於豐富離子液體電化學理論，發展高品質銅及其功能材料的電沉積提取新技術提供了科學依據和技術支撐。