【摘 要】
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金属锰是我国重要的战略金属材料,工业上主要采用电沉积法生产金属锰。锰电沉积过程存在能耗高、电流效率低、阳极泥多等诸多问题。同时,电解过程还存在多重电化学反应耦合的非线性行为,如阳极电势振荡、金属分形生长。非线性行为降低了体系的稳定性,增加额外能耗。因此,寻求高电催化活性的阳极材料,调控电解过程中的非线性行为,是实现电沉积过程节能降耗的关键。本研究通过混沌电路耦合强化电极反应过程,调控阳极振荡行为及
【基金项目】
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国家自然科学基金（51974045）,混沌电路调控电解金属锰阳极电化学振荡行为与放大规律；
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金属锰是我国重要的战略金属材料,工业上主要采用电沉积法生产金属锰。锰电沉积过程存在能耗高、电流效率低、阳极泥多等诸多问题。同时,电解过程还存在多重电化学反应耦合的非线性行为,如阳极电势振荡、金属分形生长。非线性行为降低了体系的稳定性,增加额外能耗。因此,寻求高电催化活性的阳极材料,调控电解过程中的非线性行为,是实现电沉积过程节能降耗的关键。本研究通过混沌电路耦合强化电极反应过程,调控阳极振荡行为及产物组成。利用钛氧化物阳极材料替代铅合金阳极,探究电极材料的电化学性能。主要研究内容如下:（1）研究了外控电源对电沉积过程的影响。分别以超混沌电路（Hyperchaotic circuit,HCC）和调幅调频混沌电路（Amplitude modulation and frequency modulation chaotic circuit,AM＆FMCC）代替直流（Direct current,DC）,研究了不同电流激励模式对锰电沉积过程的影响。结果表明,HCC和AM＆FMCC极化作用下,振荡诱导期分别延后了423 s和134 s,阳极平均振幅降低49 m V,平均振荡频率减小0.234 Hz,相空间吸引子呈扁平的收缩和压缩状态,振荡行为被抑制。此外,混沌电流极化作用下,阳极产物的生成量减少,电极的溶蚀量降低。混沌电流通过电激励信号与内部非线性行为进行耦合作用,调控阳极的电化学行为、阳极产物的表面形貌及组成,进而降低电解能耗。（2）研究了阳极材料对锰电沉积过程的影响。引入一种钛氧化物涂层电极材料（Ti/Ti Ox）作为电解锰过程的阳极,探究了其作为阳极时的锰电沉积情况。结果表明,Ti/Ti Ox电极具有高效的析氧活性,优异的抗腐蚀性能。该电极在硫酸锰溶液中进行电解时,Mn2+显示出良好的可逆氧化还原能力,且振荡现象消失。与铅合金阳极相比,其平均阳极电势降低397-510 m V,平均槽压降低97 m V,电流效率提高3.74%,能耗降低8.49%,副产物阳极泥减少79.37%,同时阴极边缘锰颗粒显著减少。Ti/Ti Ox电极的耐腐蚀性和稳定性均优于铅合金电极,电解8 h后,阳极损失量低于0.10%。综上所述,混沌电路非周期性电激励信号与电解体系内部非线性行为耦合,有利于降低由非线性行为引起的能耗。Ti/Ti Ox电极具有优异的电化学性能和稳定性,显著降低了Mn O2阳极产物的生成,提高了电流效率及金属锰质量,实现了电沉积过程的节能降耗。
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