十二烷基硫酸钠（SDS）对铜电沉积行为的影响

发布时间：2021-01-20 15:24

　　在酸性硫酸盐体系中采用阴极扫描伏安和计时电流等电化学测试方法,研究添加十二烷基硫酸钠（SDS）对铜电沉积过程的作用机理。结果表明:铜的电结晶过程符合Scharitker-Hill三维成核/生长机制。SDS的添加使沉积电位正移,降低了阴极极化;SDS浓度为0.5 g/L时,在–0.2～–0.28 V的电位区铜的电结晶符合渐进成核,成核弛豫时间延长,形核速率降低。SDS浓度为1 g/L时,SDS结构由长链状转变为球状胶束,在电位为–0.2 V时铜电结晶按渐进成核方式进行,在–0.23～–0.28 V的电位区铜电结晶转化为瞬时成核,成核弛豫时间减少,形核速率加快。 

【文章来源】：稀有金属材料与工程. 2020,49(08)北大核心

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

长分子链的SDS逐渐形成球状胶束的反应原理

图5a中，在H2SO4溶液中添加SDS之后的曲线变化说明电解液中的SDS参与了电极表面的电化学反应，并对电极表面氢的析出过程产生影响，但并没有引起新反应发生。加入SDS后，曲线表现出电流密度降低的趋势，可能的原因是电解液中SDS吸附在阴极表面，当氢离子在电极表面还原之后，阴极表面的SDS覆盖了电化学反应的活性位点，抑制了电化学反应的发生。在SDS浓度为0.5 g/L的硫酸溶液中所测得的电流密度比SDS浓度为1 g/L的硫酸溶液所测得的电流密度大，因为加入的SDS形成球状胶束时表面张力下降，增加了胶束在阴极表面的吸附，抑制还原反应的发生，使电流密度降低。图4 铜与SDS之间的相互作用机理

图3 不同电解液的红外光谱图比较图5b中不同质量浓度SDS的硫酸铜电解液中铜的线性扫描曲线，在未加入SDS的电解液中，铜在阴极表面的沉积起始电位约在–0.14 V，在添加0.5g/L SDS的电解液中铜的沉积起始电位约在–0.06 V，电解液中少量的SDS（未形成胶束）添加使铜沉积起始电位正移，阴极极化减小。还原电势正移的原因可能是因为p H>1.5时，电解液中游离的Na+和Cu2+之间进行离子交换形成(C12H25-OSO3-)2Cu2+（如图4所示），(C12H25-OSO3-)2Cu2+中的烃链疏水，具有很强的从水相中逸出的倾向[13,14]，增加了铜离子与阴极接触的机会，有利于阴极铜的还原。然而，在电位大于–0.29 V时，SDS浓度为0.5 g/L的电解液中铜的阴极电流密度比未加入SDS电解液中铜的阴极电流密度小，这可能是因为电势增大时溶液的传质效果明显，而(C12H25-OSO3-)2Cu2+的长分子链降低了溶液的传质，使阴极放电的离子数减少，导致电流密度降低。当SDS的浓度为1 g/L（形成球形胶束）时，铜沉积的起始电位正移，阴极极化减少；电位大于–0.3 V时，在SDS浓度为1 g/L的电解液中铜的电流密度比未加入SDS电解液中铜的电流密度大，这可能是因为SDS浓度为1 g/L时，由于能量最低原则，溶液中的表面活性剂形成静电荷为正的球形胶团，通电后，球状胶团在电场的作用下向阴极移动，其亲水基团吸附的Cu2+得到电子，原位还原为单质铜，此时胶团静电荷为负[15,16]。在粉末的形核、结晶过程中，同样遵循界面能量最低原则，在金属晶核表面形成球形的有机包覆层。因为包覆层带负电，阴极也带负电，在斥力的作用下粉末不吸附在阴极上导致电流密度增大。

【参考文献】：
期刊论文
[1]添加剂3-巯基-1-丙烷磺酸钠对铜电沉积影响的研究[J]. 钟琴,辜敏,李强.  化学学报. 2010(17)
[2]纳米铜颗粒的摩擦学性能研究及其减摩润滑机理探讨[J]. 于鹤龙,许一,史佩京,徐滨士,王晓丽,刘谦.  材料工程. 2007(10)



本文编号：2989289