CO2膨胀低共熔溶剂型离子液体混合物的热力学特性及其在金属膜电沉积制备中的应用研究

金属功能膜材料因其优异的性质而具有广阔的应用。当前，电沉积方法是其制备的有效方法之一。然而，在水溶液中电沉积制备金属膜不仅产生环境污染、而且不适用于在微纳米孔等特殊空间实施。如何在获得高质量金属膜的同时消除电镀液对环境的危害已成为电化学工业亟待解决的问题。本项目通过对超临界CO2、低共熔溶剂型离子液体（DES-IL）等非水绿色溶剂的特性及现存电沉积技术进行分析，拟将CO2膨胀DES-IL混合物体系与电沉积技术相结合，在系统研究体系特性的基础上，建立一种环境友好的金属膜电沉积制备新方法，为现代绿色化工生产提供新思路。本项目研究内容包括理论与工艺研究，重点是研究分析体系特性对电沉积过程中晶核产生和成长过程中的作用，揭示电沉积制备技术的内在原理。研究成果不仅具有理论意义，而且利用本项目提出的思路和揭示的过程原理所建立起来的制备新技术有望提高金属膜材料的性能、使制备过程绿色化并满足特殊实施需求。

如何在获得高质量金属膜的同时消除使用传统电镀水溶液对环境的危害已成为电化学工业亟待解决的问题。本项目将CO2膨胀低共熔溶剂（DES）混合物体系与电沉积技术相结合，建立了一种环境友好的金属膜电沉积制备新方法。我们首先采用静态平衡法和等体积饱和度法测定了CO2在多种氯化胆碱型DES中的溶解度，计算了溶解度焓熵等热力学参数，系统研究了多种DES及CO2膨胀DES液相的密度、导电率及电化学窗口等基础数据，确认了CO2膨胀DES液相体系作为电沉积介质体系的可能性与可行性，获得了一系列研究成果；在此基础上成功实现了金属镍膜的电沉积制备，并探讨了多种添加剂对金属镀层性质的影响，初步优化了电沉积工艺条件；首次提出了基于氧化还原反应在非水绿色溶剂氯化胆碱多元醇型DES实现金属镍的中低温化学沉积制备可能性，并进行了初步探讨；设计和加工了多种高压电化学反应器，申请并获得了多项专利。