离子液体电沉积Mg-Ni储氢合金的形成机理及储氢性能研究

The study on the electrodeposition of Mg-Ni alloys from ionic liquid and their formation mechanism, structure and hydrogen storage properties will not only develop electrodeposition theory of Mg ally as hydrogen storage material but also promote their Practical application. The project intends to prepare Mg-Ni alloy films in ionic liquids by the electrochemical method. The specific content includes: The optimization and selection of ionic liquids fit to electrodeposition of Mg-Ni alloy. The existence forms of metal ions in ionic liquids are analyzed by IR, UV-Vis, Raman spectroscopy, along with molecular dynamics simulations. Coupling relation between the metal ions and electrode reaction are researched by electrochemical comprehensive test, and then codeposition mechanism of the Mg-Ni alloy is studied. The effect of deposition parameters on the alloy composition, structure, morphology is studied. The Mg-Ni alloy with special structure can be controlly deposited. The new theory and new methods will be developed to electrodeposit Mg-Ni alloy from ionic liquid. The hydrogen absorption-desorption properties of Mg-Ni alloy films are tested. The relationship among alloy composition, structure and morphology and hydrogen storage properties will be explored.

研究离子液体电沉积Mg-Ni储氢合金薄膜的形成机理、结构与储氢性能，不仅可以发展电极电势相差较大金属的共沉积理论，为制备各种新功能材料奠定理论基础；还将促进镁基储氢合金的实际应用。本项目拟采用电化学方法，在离子液体中进行Mg-Ni合金薄膜的电沉积。具体内容包括：筛选出合适的离子液体，通过红外、紫外-可见、拉曼等光谱技术对离子液体电解液进行表征，配合量子化学计算，分析金属离子在离子液体中的存在形式，通过电化学综合测试，研究金属离子间的耦合关联、电极反应过程动力学，揭示离子液体共沉积Mg-Ni合金的电化学机理。研究电解液组成、沉积条件对Mg-Ni合金组成、结构的影响规律，确立微结构可调控Mg-Ni合金薄膜的沉积条件，获得出离子液体电沉积Mg-Ni合金的新理论和新方法。测定Mg-Ni合金薄膜膜的吸氢量、吸放氢动力学曲线和PCT曲线，探索合金组成、结构对其储氢性能的影响机制。

镁镍合金以储氢量高、资源丰富和价格低廉等优点，被认为是最具有开发前景的储氢材料之一。本项目针对现行镁镍合金制备工艺存在的问题，采用离子液体作为电解质进行电沉积制备Mg-Ni合金的研究。.（1）系统测定了BMIC-GL、EMIC-EG、TMBAC-GL、DMF-MgCl2.6H2O、[Bmim]DAC等离子液体的电化学窗口、电导率等物理化学性能，发现这些离子液体能够满足电沉积Mg-Ni合金的要求。（2）研究了Ni(II)和Mg(II)在不同离子液体中的电化学行为，发现Ni(II)和Mg(II)在这些离子液体中的还原和共还原均受扩散控制，Ni(II) 在BMIC-GL、EMIC-EG、TMBAC-GL和[Bmim]DAC中的扩散系数相差不大，为同一数量级，而在DMF-MgCl2.6H2O中的扩散系数则小一个数量级。研究还发现Mg(II)难以单独在离子液体中还原析出，但可以在镍的诱导下发生共沉积。 此外，Mg-Ni在BMIC-GL、TMBAC-GL和DMF-MgCl2.6H2O离子液体中的共沉积符合瞬间三维成核与生长过程，而在[Bmim]DAC符合三维连续成核与生长过程，与金属镍在这些离子液体中的还原一致。（3）利用恒电位方法制备了Mg-Ni合金，发现离子液体种类、沉积电位、主盐浓度、温度等参数对沉积合金组成、结构和形貌有直接影响，在BMIC-GL、TMBAC-GL离子液体中得到的合金镀层比较致密，得到的高镁含量合金主要为无定型结构，在DMF-MgCl2.6H2O、[Bmim]DAC中得到的高镁含量合金为Mg2Ni合金。在镁含量基本一致的合金中，无定型结构的镁镍合金的电化学储量较大和循环稳定性较好。（4）研究了Ni-La、Mg-Zn、Mg-Cu在离子液体中的电沉积，发现离子液体的种类、电流密度、温度等参数对沉积合金的组成、结构和形貌存在类似的影响，其电化学机理与电沉积Mg-Ni合金也相似。（5）采用离子液体电沉积出Zn-Ti、Al-Ti等活泼金属合金，发现离子液体适合低温制备活泼金属合金。.采用离子液体电沉积制备镁合金，不仅促进了Mg-Ni储氢合金的实际应用，同时为电沉积电极电位相差较大的两种金属提供了理论基础，具有重要的科学意义；将离子液体用于Al-Ti等合金的制备，对于探索活泼金属合金制备新技术具有潜在的应用价值。.