實驗分享‖利用序列實驗方法研究銀銅合金的電沉積

序列實驗

序列實驗是通過合理的設計，將多個(ge) 基本的電化學方法優(you) 化組合，來實現更高要求的電化學實驗技術。通過一係列有序的實驗步驟，逐步調整一個(ge) 或多個(ge) 參數或條件，對實驗體(ti) 係的行為(wei) 和性質進行係統研究。DH7000係列產(chan) 品具有好的靈活性，能夠實現各種電化學方法的自由組合，為(wei) 序列實驗提供了有力支持。

在本實驗實例中，我們(men) 首先利用恒電流電沉積（CP）技術將金屬離子沉積到基底上。隨後，通過正向線性掃描（LSV）技術，使沉積的金屬離子發生氧化並溶出。通過巧妙地將這兩(liang) 種方法結合在一起，可以通過調整沉積過程中的電流密度和沉積時間，觀察線掃溶出曲線峰的變化。這為(wei) 我們(men) 提供了一種有效手段，用於(yu) 判斷能否通過控製沉積時間來調控沉積厚度以及沉積金屬中的比例關(guan) 係。

電鍍或電沉積銀銅合金在科學研究和實際應用中都具有顯著的意義(yi) 和價(jia) 值。在應用方麵，銀銅合金所具備的優(you) 異導電性、抗腐蝕性和美觀性使其在電子通信、電力傳(chuan) 輸、珠寶藝術和複合材料製備等領域具有廣泛的應用前景。銅銀兩(liang) 種金屬具有良好的互溶性，通過電沉積形成的合金如果實現完全互溶，可能會(hui) 形成類似高熵合金的結構。這種分相現象對沉積層的性質具有重要影響，進一步提升了銀銅合金的科學意義(yi) 和應用價(jia) 值。

具體(ti) 實驗中，本研究針對銀和銅的沉積行為(wei) 進行了研究。通過調整電流密度和沉積時間的變化，我們(men) 觀察了這兩(liang) 種金屬的沉積行為(wei) 。通過分析線性掃描溶解曲線峰的變化，我們(men) 獲得了關(guan) 於(yu) 沉積層厚度和銀銅比例關(guan) 係的重要信息。這些數據不僅(jin) 有助於(yu) 我們(men) 深入理解雙金屬沉積過程，還可為(wei) 相關(guan) 領域的研究和應用提供有價(jia) 值的參考。

儀(yi) 器與(yu) 參數設置

循環伏安（CV）曲線掃描範圍在0.8～-1.15V，掃速為(wei) 10和20mV/s；恒電流電沉積電流密度分別為(wei) 0.2、0.5和0.8A/dm²（ASD），控製沉積不同的時間。線掃（LSV）溶出的掃描範圍：-0.4～0.8V，掃速10mV/s；實驗體(ti) 係為(wei) 三電極體(ti) 係，選用直徑3.0mm的玻碳電極為(wei) 工作電極，飽和甘汞電極為(wei) 參比電極，螺旋狀鉑絲(si) 為(wei) 對電極。試驗前先用~5mm的Al₂O₃拋光粉對玻碳電極進行拋光處理，用去離子水衝(chong) 洗幹淨備用。工作液為(wei) 含有1.0g/L的Ag+和5.0g/L的Cu²⁺的ZHL無氰鍍液，pH約為(wei) 10.0。溫度約為(wei) 25±1℃。儀(yi) 器型號：DH7001A18新利体育登录备用地。下圖為(wei) 該序列實驗方法的參數設置界麵，包括第一步恒電流電沉積（CP）參數設置和第二步LSV方法溶出的設置。

實驗結果

為(wei) 了說明含有雙金屬離子循環伏安曲線峰的一些特征以及改變金屬離子的濃度對沉積的影響，我們(men) 分別研究了不同的Ag⁺和Cu²⁺離子的含量，在10mV/s掃速的CV曲線如圖1A所示。從(cong) 圖中可以看出，僅(jin) 含Ag⁺的鍍液中，在-1.0V附近出現還原峰，在隨後的正電勢方向掃描時電流會(hui) 在一段電位區間（例如-0.3~-0.7）大於(yu) 負向掃描時的電流，形成了一個(ge) “8”字形的電流回滯。這是由於(yu) 在負向掃描時，銀單質是沉積在惰性的玻碳電極表麵，活化能更高；而正向掃描時是沉積在銀表麵，活化能已大為(wei) 降低。沉積層的氧化峰電位在0.0V附近，峰形尖銳。

另外通過固定某一金屬含量不變，改變另一種金屬離子的含量來考察濃度對曲線的影響，如圖1B、C所示。在對比銅和銀的沉積行為(wei) 時，可以發現了一些顯著的差異。例如銅的還原峰電流比銀的要大。這主要是由於(yu) 銅離子經曆的是兩(liang) 電子還原過程，而銀離子則是單電子反應。此外，銅離子的含量在溶液中比銀離子更高，這也是造成電流差異的另一個(ge) 原因。另一個(ge) 值得注意的現象是，銅的還原過程中並沒有出現像銀離子還原時那樣的電流回滯。這一現象推測是由於(yu) 銅與(yu) 鍍液中絡合劑的結合能力相對較弱，其在玻碳電極和銅表麵沉積的活化能差異不顯著。此外，還觀察到銅的氧化峰電位更正，大約在0.43V左右，而且峰形更寬。

在含有銀和銅雙金屬離子體(ti) 係的CV曲線中可以發現，負掃時的還原電流的增加得更快，峰電位也向正電勢移動。此外，在回掃過程中同樣存在電流的回滯現象。這些現象表明，銀和銅在沉積過程中可能存在著相互的促進作用。

圖1

(a)不同組分在10mV/s的CV曲線疊加；(b)隻改變銀離子濃度的曲線變化；(c)隻改變銅離子濃度的曲線變化

在改變銀離子相對含量的研究中（圖1B），以Ag⁺:Cu²⁺=1:5g/L的鍍液作為(wei) 基準，通過單一調整銀離子的濃度，即分別設定為(wei) 1.0、2.0、3.0和4.0g/L，同時保持銅離子含量恒定，記錄20mV/s掃描速率下的CV行為(wei) 。結果顯示，隨著銀離子濃度的增加，CV曲線的還原峰電流也逐漸增加，同時伴隨著峰電位的輕微正移。這一現象表明，銀離子含量的增加加快了沉積速度。然而，銀沉積層的氧化峰位變化不明顯，但是峰電流呈現出與(yu) 銀離子含量的線性趨勢。沉積銀層的氧化峰麵積與(yu) 銀離子含量的關(guan) 係如插圖所示。在所考察的濃度區間，兩(liang) 者具有較好的線性關(guan) 係。

在銅離子含量的研究中，同樣以Ag⁺:Cu²⁺=1:5g/L的鍍液為(wei) 基準，通過單一調整銅離子的濃度，即分別設定為(wei) 5.0、10.0、15.0和20.0g/L，同時保持銀離子含量恒定，在20mV/s的掃描速率下進行實驗，並記錄了相應的CV曲線。結果表明，隨著鍍液中銅離子濃度的增加，還原峰電流逐漸增強，同時明顯伴隨著峰電位的正向移動。此外，相應氧化峰的電流也呈現出增長的趨勢，其峰麵積與(yu) 離子含量也有較好的線性關(guan) 係，見插圖所示。這些結果提供了雙組分金屬離子的濃度與(yu) 電沉積物質的量之間的定量關(guan) 係，為(wei) 後續對鍍層組分的控製提供參考。

圖2

(a)、 (b) 、(c)為(wei) 不同電流密度下沉積不同時間的溶出曲線

(d)、 (e) 、(f)為(wei) 10mV/s線掃溶出曲線的峰高與(yu) T變化曲線

為(wei) 了了解銀銅合金鍍層的含量，我們(men) 設計了序列實驗。先在恒電流（CP）沉積給定的時間，獲得一定厚度的鍍層，而後結合線性掃描（LSV）方法表征鍍層中不同組分的氧化行為(wei) ，並確定其相對含量。這一過程中，可以通過調整電流密度和沉積時間來控製合金層的沉積總量，並對得到的溶出曲線進行詳細分析。

圖2A、B、C分別展示了在0.2、0.5和0.8ASD條件下，不同沉積時間的線性掃描溶出曲線。觀察這些曲線可以發現，在低電流密度（如0.2ASD）下，銀的沉積顯得更為(wei) 困難。具體(ti) 來說，在此條件下，前20 s內(nei) 均未觀察到銀的溶出峰，而銅的溶出峰則在沉積數秒時便可觀察到。結合圖1A的CV曲線，可以推斷銅的沉積電位低於(yu) 銀。因此，在低電流密度下，達到銀離子沉積電位所需的時間更長。在0.5ASD條件下，前2.5秒內(nei) 也未出現銀的溶出峰。

值得注意的是，盡管銀離子的沉積過程需要更長的活化時間，一旦出現初始沉積層，可在較短時間達到可觀的沉積速度，其氧化峰也在較短的時間內(nei) 可達到與(yu) 銅相當的高度。這表明沉積出的銀更容易被氧化。圖2D、E和F則進一步展示了銀銅合金沉積層溶出峰高度隨沉積時間的變化趨勢。仔細分析這些現象可以進一步了解銀銅沉積過程中的催化機理，也為(wei) 理解其結晶結構提供參考。

總結

電化學方法種類繁多，選擇適合特定研究體(ti) 係的方法至關(guan) 重要。相較於(yu) 單一實驗，序列實驗在研究中不僅(jin) 操作更為(wei) 便捷，而且能夠揭示更多有價(jia) 值或難以直接觀測的信息。本例利用DH7001A18新利体育登录备用地將恒電流電沉積（CP）與(yu) 線性掃描伏安法（LSV）相結合，探究了雙金屬銀銅離子的共沉積行為(wei) 。

這種序列方法的運用，能極大地促進實驗的深入和對數據的全麵獲取。然而，要想熟練掌握並運用18新利体育登录备用地中的序列實驗，研究者不僅(jin) 需要具備堅實的電化學理論基礎，還需要對電化學方法的應用有深刻的理解。此外，高質量的實驗結果也依賴於(yu) 18新利体育登录备用地的優(you) 良性能。