阴离子对铜在多晶铂上欠电位和过电位沉积行为的影响

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欠电位沉积(underpotential deposition, UPD)通常在异种基体上形成(亚)单层沉积物,因此对电极/溶液界面状态和电解液组成尤其敏感。目前,Cu在Pt上UPD的研究主要集中于单晶Pt基体和酸性溶液,并重点研究Cu吸附原子与阴离子共吸附层的结构和Cu UPD动力学,而关于多晶Pt(pc Pt)基体上Cu UPD和过电位沉积(OPD)的研究则少见报道。多晶Pt表面常见,其表面能态离散,因此研究Cu在pc Pt上的电沉积行为具有重要意义。基于阴离子特性对UPD和OPD过程会产生重要影响,本论文选取了三种含不同吸附能力阴离子(Cl-、SO42-和C104-)的酸性体系,通过循环伏安(CV)、电化学阻抗谱(EIS)和计时电流(CHR)技术分别研究Cu在pc Pt上的UPD和OPD行为,并分别选取欠电位、过电位和平衡电位附近的电位进行电化学测试。CV测试表明阴离子会改变UPD可逆性,高氯酸体系中Cu UPD可逆性优于硫酸体系,且添加少量Cl-会增加其可逆性。此外,通过CV进一步分析了UPD和OPD控制步骤,在此基础上确定了不同吸附能力阴离子存在条件下Cu UPD和OPD的等效电路以及成核/生长模型,分析EIS和成核/生长机理。综合EIS和CHR数据分析表明,阴离子对Cu UPD和OPD动力学均有显著影响,主要体现在通过改变电荷转移电阻改变UPD和OPD速率;进一步分析其成核/生长机理发现,UPD虽然遵循相同的成核/生长机理,但阴离子会改变不同过程的贡献。而在含不同阴离子的体系中,OPD完全遵循不同的成核生长机理。阴离子对增强Cu UPD和OPD过程具有相同的顺序,即Cl->SO42->ClO4-。最后,阐释了阴离子吸附能力改变UPD和OPD动力学的可能机理。
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