[发明专利]一种利用离子液体低温电沉积制备钴锰合金的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备钴锰合金的方法，特别是涉及一种利用离子液体低温电沉积制备钴锰合金的方法，属于无机化学技术领域。

背景技术

钴锰合金由于具有耐摩擦、抗腐蚀性能最先而被广泛用作钢铁的保护涂层材料。近年来，由于固体氧化物燃料电池的兴起，钴锰氧化物镀层被视为一种潜在优良材质。目前，钴锰合金电沉积主要集中在水溶液中。水溶液电解具有价格低廉、电解温度低能耗小等优点，但由于Mn²⁺的标准还原电位 (-1.18 vs. SHE/V)比Co²⁺ (-0.28 vs. SHE/V)的负很多，使大多数电沉积所得钴锰合金中锰的质量分数偏低。同时水的电化学窗口比较窄，电沉积过程中通常会伴有析氢反应的发生，致使电流效率降低以及合金镀层质量变差。因此，找到一种没有析氢反应无污染低温绿色溶剂就显的尤为重要。

离子液体，是指在室温或接近于室温下由有机阳离子和无机阴离子组成的液体物质，也被称为室温熔融盐。与其他溶剂相比，离子液体具有很多独特的特性，如无毒、蒸汽压低、热稳定性高、电导率高、不可燃、电化学窗口宽等。离子液体是一种理想的室温熔盐，具有高温熔盐和有机溶剂的优点，在室温下即可得到在高温熔盐中才能电沉积得到的金属及其合金，但是又没有高温熔盐那样的强腐蚀性。

申请人通过检索分析，目前国内外并没有利用离子液体低温电沉积制备钴锰合金的文献被公开报道。

发明内容

本发明的目的就在于解决现有技术存在的上述问题，针对水溶液中电沉积存在的问题及不足，通过反复研究和大量试验筛选后，提供了一种利用离子液体低温电沉积制备钴锰合金的方法。本发明所用的离子液体无毒、不挥发、热稳定性高且可重复利用，因而具有电解温度低、能耗省、污染小和对设备腐蚀较轻等优势。

本发明给出的的技术方案为。

一种利用离子液体低温电沉积制备钴锰合金的方法，其特点是包括以下步骤。

1)    在惰性气氛下，将无水CoCl₂和无水MnX₂溶解于离子液体中，并搅拌混合均匀形成离子液体电解液，其中离子液体与无水CoCl₂和无水MnX₂的摩尔比为：50 : 1 : ( 1～3)。

2)    在惰性气氛下，以经过处理的铜片作为阴极，铂或石墨作为阳极，在电解温度为60～110℃，采用恒电位方式，控制电位为-1.1～-1.5 V (vs. Ag)条件下并在步骤1）制备得到的离子液体电解液中电沉积1～4h。

3)   电解结束后取出铜片先用无水乙醇清洗，再用水清洗，然后烘干，得到沉积在铜片表面的钴锰合金。

上述方法中离子液体的阳离子为烷基咪唑、烷基吡咯、烷基吡啶中的一种，如1-丁基-3-甲基咪唑、1-乙基-3-甲基咪唑、1-丁基-3-甲基吡咯、1-乙基-3-甲基吡咯、1-丁基-3-甲基吡啶、1-乙基-3-甲基吡啶；阴离子为三氟甲基磺酸亚胺(CF₃SO₃^-)。

上述方法中离子液体的纯度为99%，含1%水分及其他杂质。

上述方法中MnX₂中的X为锰化合物的阴离子，如Cl^-、CF₃SO₃^-。

上述方法中所用的无水CoCl₂纯度>99.7%，无水MnCl₂纯度≥99%，无水Mn(CF₃SO₃)₂纯度≥98%，所有化合物使用前都在120℃下真空干燥24h以上。

上述方法中铜片处理具体步骤为：采用不同型号砂纸对铜片表面打磨，使铜片表面光滑平整，再用乙醇超声波清洗，然后用水清洗，最后干燥备用。

上述方法中电解液配置步骤如下：a)称取适量的离子液体，b)称取适量的无水CoCl₂和无水MnCl₂(或Mn(CF₃SO₃)₂)，然后将其加入到离子液体中，c)将配置的电解液采用磁力搅拌器搅拌，使无水CoCl₂和无水MnCl₂ (或Mn(CF₃SO₃)₂)充分溶解，配置成蓝绿色的电解液。