磁场作用下电极/溶液界面动态过程的研究

尽管磁场对电化学反应的影响机理比较复杂，但总是通过对电极、溶液以及电极/溶液界面环境作用引起的，其中界面动态变化信息的获得是磁电化学研究中的难点和重点。本项目拟将电化学测试技术分别与全息干涉技术和扫描电化学显微镜(SECM)等现场观测方法相结合，实时观测磁场作用下常规和微电极电化学反应过程中电极/溶液界面和电极表面的动态变化，为研究磁场的作用机理提供直接的实验依据。微电极的传质速率高且更容易达到稳态，通过比较磁场对微电极和常规电极电化学反应影响的不同，深入探讨磁场对电化学反应传质和电子转移过程的影响。

尽管磁场对电化学过程影响比较复杂，磁场总是通过对电极、溶液和电极│溶液界面产生作用，界面和表面动态变化信息的获得是磁电化学研究中的难点和重点。本项目通过将数字全息术和扫描电化学显微镜(SECM)分别与电化学方法相结合，现场观测了有无磁场作用下电化学反应过程中界面和电极表面的动态变化，为磁电化学的研究提供了新的研究手段。.本项目的研究主要包括以下几个方面：一是基于数字全息术研究有无磁场条件下铜的阳极溶解过程。通过现场观测磁场对铜阳极溶解过程的影响，观测到了由于磁场驱动溶液运动形成了涡流，从而证实了磁场能够加速传质过程。二是研究磁场对Ni│HNO3 + NaCl体系阳极溶解过程的影响。研究发现由于磁场梯度力(F▽B) 抑制了溶液的对流，总是使电流下降；而洛伦兹力(FL)的作用是促进了传质速率，当速控步是传质步骤时，FL使电流增加；而当速控步为电子转移步骤时，FL可能通过影响界面中间体(例如NiClH+)的浓度从而使电流降低，数字全息术的实验结果验证了这个论点。三是利用改进的数字全息术动态观测了铁在H2SO4溶液中的阳极溶解过程。研究发现在平台区表面膜的主要成分为Fe(OH)2，同时在表面膜的外侧还有大量的FeSO4·7H2O絮状物析出，该研究澄清了多年来表面膜组成的争议。四是利用具有高空间分辨率的扫描电化学显微镜(SECM)实时、原位观测了铜表面有无单分子自组装膜(SAM)覆盖时在NaCl溶液中点蚀的发生和发展过程，并通过不同物质形成混合膜使得缓蚀效率大大提高；五是通过分别研究外加应力和卤离子对碳钢阳极溶解过程中电流振荡的影响，从新的角度研究了外加应力和卤离子的作用机理。六是基于磁电化学作用开发了一种高效反应器。本项目研究成果共发表SCI论文11篇，申请国家发明专利1件，并拓展了数字全息术的应用范围，将其应用到锂离子电池和电化学废水处理的研究中。