基于表面和界面同步观测技术研究金属的局部腐蚀

Localized corrosion has always been a research interest in corrosion electrochemistry. The dynamic changes on the electrode surface and at the electrode/electrolyte interface are closely related to electrochemical processes in corrosion. The observation of these changes is crucial, yet challenging in the study of localized corrosion as well as general corrosion of metals. The present work is the first attempt to combine the scanning electrochemical microscopy with the digital holography apart from applying the traditional electrochemical measurements to observe, both synchronously and in-situ, the dynamic changes on the electrode surface and at the electrode/electrolyte interface during localized corrosion. The combination of the different techniques can give full play to the merits of each. Issues such as the effect of electrolyte composition, externally imposed magnetic fields, self-assembled films on the localized corrosion processes of metallic materials will be probed into. At the same time, XPS, AFM and SEM will also be applied so as to provide solid data for the understanding of the mechanisms of localized corrosion, and to explore the possibility of a fresh perspective and new methods for the study of the functions of self-assembled films on the metal surface in enhancing inhibition efficiency.

金属局部腐蚀机理研究始终是腐蚀电化学研究中的热点与前沿领域。电极表面与电极/溶液界面的动态变化与腐蚀电化学过程密切相关，这种动态变化信息的获得在金属腐蚀尤其是金属局部腐蚀电化学研究中既是重点也是难点。本项目拟在电化学测试基础上，首次把扫描电化学显微镜技术与数字全息术同步结合，实现两种实验技术的优势互补，现场、同步观测金属局部腐蚀过程中电极表面状态和电极/溶液界面的动态变化，研究溶液组成、外加磁场、表面自组装膜等多种因素对金属局部腐蚀过程的影响，配合使用XPS、AFM和SEM等表面物理方法，为揭示金属发生局部腐蚀的本质提供有说服力的实验依据，并有可能为研究自组装膜的性能、提高缓蚀效率，提供一种新的思路和新的研究方法。

局部腐蚀在金属腐蚀电化学研究中既是重点也是难点，而腐蚀过程中电极表面与电极/溶液界面动态变化信息的获得，是揭示相关反应机理的关键。本项目将电化学测试与现场表面观察技术（Scanning Electrochemical Microscope, SECM）和实时数字全息界面成像技术（Digital Holographic Interface Imaging, DHII）同步结合，实时、现场观测金属局部腐蚀过程中电极表面和电极/溶液界面的动态变化，研究不同金属与合金、表面自组装膜、外加磁场等多种因素对金属局部腐蚀过程的影响，为揭示局部腐蚀的本质提供了有说服力的实验依据，并成功拓展了实时DHII技术在锂电池机理研究方面的应用。.基于现场表面SECM技术，研究了金属表面混合自组装膜缓蚀行为以及氢对X70碳钢在模拟土壤液中点蚀行为的影响等；利用实时DHII技术研究了不锈钢点蚀机理及镍在H2SO4+ SCN-溶液中的电流振荡；将表面和界面两种观察技术相结合，以铁在硫酸溶液中的电化学振荡为例，研究了成膜振荡机理，首次对膜的组成提供了最为直接的证据；将实时DHII技术拓展应用到电池领域，对锂离子电池SEI膜的形成过程进行了现场观察，使我们能够更好地理解SEI膜的形成过程；首次通过原位技术证实了硫穿梭效应的存在，为下一步提高锂硫电池性能，选择更好的电极和电解质提供了依据。.针对实时DHII技术与现场SECM技术同步观察存在的问题，开发出对电极表面进行实时原位观察的数字全息表面成像（Digital Holographic Surface Imaging, DHSI）技术，有望广泛应用于金属局部腐蚀电化学动力学研究过程。.相关研究结果已发表在Corrosion Science、Electrochimica Acta、Electrochemistry Communications、Journal of The Electrochemical Society以及The Journal of Physical Chemistry C等腐蚀与电化学领域国际权威期刊上。项目研究所用相关技术已取得两项授权发明专利。