磁场对Cu在硫酸钠和硫酸溶液中阳极溶解过程的影响
毕业论文关键词 磁场、铜、硫酸钠溶液 、硫酸溶液、阳极溶解
Effects of the magnetic field on anodic dissolution of copper in sodium sulfate and sulfuric acid solutions
Abstract: In this paper, effects of the magnetic field on anodic dissolution of copper were studied in the neutral and acidic sulfate solutions respectively by using cyclic voltammetry and potentiostatic methods. The results showed that the anodic dissolution rate increased with the increase of the concentration of H+. In acidic sulfate solution, the anodic dissolution rate of copper increased with the increase of the magnetic field intensity; however, the magnetic field affected the anodic dissolution little in the neutral sulfate solution.
Keywords: magnetic field; copper; sodium sulfate solution; sulfuric acid solution; anodic dissolution
1.前言
铜及其合金在电子、建筑、轻工、电工、机械制造、通讯、金属饰品及国防工业等诸多领域有着非常广泛的应用[1]。因为磁场对金属阳极溶解的影响在电化学加工及腐蚀和防护领域中有潜在的应用背景，近年来受到了人们的广泛关注 [2,3]。一般来说，在电化学反应中必然存在电子转移步骤和传质步骤，即存在电子的传递和离子的移动。外加磁场后，在洛仑磁力、磁场梯度力和顺磁性离子浓度梯度力的作用下，溶液中的离子会改变运动轨迹，电子转移步骤和传质步骤可能发生变化，从而改变电化学反应。
尽管磁场对铜阳极溶解过程研究的比较多，但是磁场的作用仍然存在争议，如磁场是如何影响电子转移步骤的，因此需要进一步研究磁场对铜阳极溶解过程的影响。本文运用循环伏安法和恒电位法，并结合磁场扰动的方法研究不同磁场强度下铜在中性和酸性硫酸根溶液中的阳极溶解过程，分析磁场扰动前后电流的变化，从而进一步研究磁场对Cu阳极溶解过程的作用机理。
2.实验部分
实验采用三电极系统。工作电极由直径为2 mm的铜丝制成，电极周围用环氧树脂密封，只露出端面，每次实验前用1500目细砂纸打磨，然后用去离子水清洗；参比电极为饱和甘汞电极；辅助电极为Ni片。文中所有电极都是相对于饱和甘汞电极。
Na2SO4溶液是用分析纯试剂和去离子水配制而成，浓度为0.5 mol L-1，H2SO4溶液是用98%的浓硫酸和去离子水配制而成，浓度为0.5 mol L-1。0.2 mol L-1Na2SO4+0.3 mol L-1H2SO4溶液是由配好的Na2SO4溶液和H2SO4溶液按2∶3混合制成。
实验在室温下进行，仪器采用上海辰华仪器公司的CHI604B电化学仪，实验数据由计算机采集，外加磁场用电磁铁，在本文中磁场的方向均平行于电极表面，磁场的作用主要是由于洛伦兹力引起的。
3.实验结果和讨论
3.1.铜在中性和酸性硫酸根溶液中的循环伏安曲线
Cu电极分别在0.2 mol L-1Na2SO4+0.3 mol L-1H2SO4(a)、0.5 mol L-1 H2SO4(b)和0.5 mol L-1 Na2SO4(c)溶液中的循环伏安曲线如图1所示，扫描速率为10 mV s-1。从图1中可以看出，铜在中性(图1c)和酸性(图1a和1b)溶液中的循环伏曲线形状基本相同，均可以分为活化区(1区)和预钝化区(2区)，在活化区(1区)随着电位的增加电流增加；当电位超过峰电位以后，进入2区，随着电位的增加电流减小直至出现电流平台。在正扫过程中均出现电流峰；而在反扫过程中没有出现电流峰。氢离子浓度对铜阳极溶解过程详细参数如表1所示：随着溶液pH的降低，Epeak负移，ipeak升高，平台电流i0.8 V升高。说明氢离子浓度越高，Cu的阳极溶解速率越快，这可能是由于氢离子使得铜表面氧化膜不容易形成。