摘要：目的通过研究柠檬酸钠对Zn-Ni-Mn合金电沉积行为的影响,明确影响合金电沉积行为的决定性因素,并找出最大电极反应速率对应的柠檬酸钠浓度。方法采用循环伏安法(CV)、旋转圆盘电极(RDE)、电化学阻抗谱(EIS)、计时电流法(CA),对不同柠檬酸钠浓度下Zn-Ni-Mn合金电沉积行为进行研究,采用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)对Zn-Ni-Mn合金的表面形貌和成分进行表征。结果 CV分析得出,Zn-Ni-Mn合金的电沉积是一个不可逆过程,当柠檬酸钠浓度为0.6mol/L时,合金共沉积还原峰电位最正(-1.642 V,vs. Ag/Ag+)。RDE分析结果表明,Zn-Ni-Mn的电沉积受动力学和扩散过程混合控制,随着柠檬酸钠浓度的增大,沉积受扩散控制的程度减弱。EIS分析得出,Zn-Ni-Mn合金沉积的电极反应速率由吸附态中间产物造成的弛豫和离子扩散共同决定,当柠檬酸钠浓度为0.6 mol/L时,阻抗谱低频端出现了感抗弧,使极化电阻(Rp)减小并达到最低值(349.68Ω·cm2)。CA分析表明,Zn-Ni-Mn合金的形核速率随柠檬酸钠浓度的增大而降低,成核机理由瞬时成核向连续成核转变。SEM与EDS分析表明,随着柠檬酸钠浓度的增大,合金晶粒尺寸逐渐变大。随着合金中Mn含量的减少,晶粒由胞状转变为多边形状。合金中Zn含量的变化规律与电极反应速率的变化规律相一致。结论电解液中Zn2+的主要存在形式对Zn-Ni-Mn合金的电沉积行为起着决定性作用;当柠檬酸钠浓度为0.6mol/L时,Zn2+主要以[ZnHCit]-的形式存在,其中间产物[ZnHCit2-]ads吸附在阴极表面,大大削弱了浓差极化,电极反应速率最快。

关键词：柠檬酸钠 电沉积行为 成核机理 吸附 浓差极化 

单位：华北理工大学冶金与能源学院; 河北唐山063210