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铂作为一种战略储备金属,被广泛应用于石油及化学工业、汽车工业、首饰收藏和医药等领域,具有许多独特、优异的物理化学性质。我国的铂族金属矿产资源十分贫乏,供应缺口巨大,开展二次资源回收,实现资源循环利用是我国稀贵资源可持续的一个重大课题。近年来,离子液体作为新兴的绿色溶剂在电化学领域不断取得进展,可在室温下得到水溶液中无法沉积的部分金属。同时,离子液体中电沉积铂避免了析氢副反应发生,是一种清洁高效回收金属铂的方法。 通过考察离子液体的综合性能,以及电导率、电化学测试和恒流电沉积实验确定实验体系。根据离子液体的粘度、熔点、环境友好性等性能以及目前的研究现状,选取8个离子液体体系作为研究对象。对8个体系进行电导率和电化学测试,并对恒流电沉积产物进行阴极电流效率及回收率计算,确定1-乙基-3-甲基咪唑三氟乙酸盐([emim]TA)为最优体系进行下一步研究。 通过恒流电沉积进行单因素条件实验,确定[emim]TA体系最优工艺参数:温度303K,电流密度0.02mA/mm2。考察加入乙醇和乙二醇作为稀释剂后体系的变化,电流效率和回收率均增大,紫外吸收光谱和傅里叶变换红外光谱测试结果说明稀释剂对离子液体具有解离作用。通过X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)进行成分分析,证明电沉积产物为铂粉,利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)得到产物的微观形貌,尺寸为5nm左右,晶格条纹间距为0.230nm,在(111)面取向。通过电信号测试,产物铂微粒电极具有较大的电化学活性面积和催化活性,在甲醇中具有优良的催化氧化性能和抗CO中毒性。 通过循环伏安法等电化学测试方法对[emim]TA体系中铂的电化学行为进行机理探究,结果表明铂离子的氧化还原为两步过程,Pt(Ⅳ)→Pt(Ⅱ)→Pt,Pt(Ⅳ)的电沉积过程是受扩散步骤控制的不可逆过程。随着温度升高,扩散系数逐渐增大,计算得出扩散活化能为27.08kJ/mol,电极反应电荷传递系数α约为0.2。在[emim]TA中铂的电结晶为三维生长机制,随着过电位增大,形核方式由瞬时形核转变为连续形核。对体系进行交流阻抗测试,结果表明加入稀释剂可有效降低体系阻抗,促进电沉积反应进行。 本课题采用离子液体电沉积铂,产物尺寸小,对甲醇电催化性能优异,为其应用开拓了广阔的前景。离子液体中电沉积铂机理的研究,为离子液体电沉积其他金属提供依据。