铁-钴合金在NaOH溶液中的电化学特性

1、 本科生毕业论文毕业论文题目铁-钴合金在NaOH溶液中的电化学特性 学 生 姓 名 所 在 学 院 专业及班级 化工XXXX 指 导 教 师 XXXXXX教授 完 成 日 期 201X年X月X日 目 录摘 要1Abstract11 前 言21.1 铁-钴合金的性能及应用21.2 铁-钴合金制备方法21.3 铁-钴合金研究历史及进展31.4 合金在NaOH溶液中电化学特性的研究进展31.5 电化学特性的表征方法41.5.1 稳态极化法41.5.2 循环伏安法41.6 本文的研究内容和意义42 实验部分62.1 实验药品62.2 实验仪器62.3 铁-钴合金电极的制备62.4 铁-钴合金电极在Na

2、OH溶液中析氢析氧特性的测定73 实验结果与讨论83.1 电沉积制备的铁-钴合金电极在NaOH溶液中的析氢特性83.1.1 钴、铁和钴-铁合金电极在NaOH溶液中的析氢特性83.1.2 不同电沉积条件下制备的合金电极在NaOH溶液中的析氢特性93.2 电沉积制备的铁-钴合金电极在NaOH溶液中的析氧特性123.2.1 钴、铁和钴-铁合金电极在NaOH溶液中的析氧特性123.2.2 不同电沉积条件下制备的合金电极在NaOH溶液中的析氧特性134 结 论165 参考文献176 致 谢197 附 录20扬州大学本科生毕业设计（论文）铁-钴合金在NaOH溶液中的电化学特性摘 要本文采用线性电势扫描法研

3、究了不同电沉积条件下所制备得到的铁-钴合金电极在4.0 mol·L-1NaOH溶液中的析氢析氧特性。研究结果表明：铁-钴合金在氢氧化钠溶液中作为阴极析氢和阳极析氧电极使用时比单一的铁电极或者钴电极的析氢、析氧电位小，随着电沉积液中Fe2+/Co2+摩尔比的增大、温度的升高和操作电流密度的增大，所制备得到的铁-钴合金电极在氢氧化钠溶液中的析氢电位减小，而析氧电位增大。关键词：电沉积，铁钴合金电极，电化学特性AbstractThis paper studies the different prepared conditions of iron-cobalt alloy electrode

4、 in mol·L-1NaOH solution of hydrogen properties of Electrodeposition by linear sweep voltammetry. The results showed that Iron-cobalt alloy in sodium hydroxide solution as the ratio cathodic hydrogen evolution and oxygen evolution electrode using a single iron electrode or cobalt electrodes for

5、 hydrogen evolution, oxygen evolution potential is small, with the molar ratio of electrodeposition solution Fe2+/Co2+ increase, temperature and operating current density increases, the iron-cobalt alloy electrode hydrogen evolution potential in sodium hydroxide solution is reduced and the oxygen ev

6、olution potential increases.Keywords：electrodeposition, iron-cobalt electrode, electrochemical properties1 前 言1.1 铁-钴合金的性能及应用铁-钴合金具有特殊的化学及物理性质，在工业中有着重要的作用。铁-钴合金是一种重要的磁性金属。铁-钴合金作为有着一系列优异磁性能的软磁材料，具有高的饱和磁化强度，高的起始磁导率及最大的磁导率，高的居里温度，磁滞伸缩小等特点。广泛应用于变压器、电动机、电话机膜片、高速打印机嵌铁、接收机线圈、高温磁性元件和宇航核动力系统中发电机铁芯、电器设备和控制元件中

7、1-3。铁-钴合金也是重要的吸波材料，尤其是亚微米甚至纳米级的铁-钴合金，其较大比面积使材料与电磁波接触面积增大，可有效吸收电磁波。如树叶状铁-钴合金纳米颗粒之间相互独立，不直接接触，颗粒之间没有电流的传导，具有较低的介电常数，有利于阻抗匹配和微波的吸收4。铁-钴合金在固定化酶方面也有着一定的应用。铁-钴合金表面粗糙有利于酶的吸附，而且由于具有很高的磁饱和强度，有利于固定化酶的收集，减少了制备中固定化酶的损失。表明将脂肪酶固定在铁-钴合金磁性纳米颗粒上具有量好的稳定性5。铁-钴合金材料具有良好的催化性能，在氨合成及碳加氢反应中被用作催化剂。钴、铁系催化剂有着较高的聚合活性，在工业应用中有着广阔

8、的发展前景6。铁-钴合金具有作为高密度磁记录介质的潜在价值7。在纳米级铁-钴合金颗粒中添加一定量的SiO2后，其有望成为在较大温度范围内使用的磁记录介质。 1.2 铁-钴合金制备方法近年来，人们通过各种方法来制备铁-钴合金。包括机械合金化法、直流电弧等离子化法、液相还原法、模板法和电沉积法。机械合金化法又称高能球磨法，是20世纪60年代末发展起来的一种制备合金粉末的高新技术。该方法利用球磨机的转动或震动使硬球对原料进行强烈撞击、研磨和搅拌，把金属或合金粉末粉碎为纳米级微粒。直流电弧等离子体法是利用电弧放电使金属熔化成为熔融状态，然后在惰性气体保护下与氢等离子体相作用而形成合金或金属单质纳米颗粒

9、的方法。模板法是通过限域生长制备出各种准一维纳米材料，从而得到常规体系无法制得的新物性。理论上来说，利用这种方法可以制备出任意材料的纳米线8-9。液相还原法是指在两种或两种以上可溶性金属盐构成的混合溶液中加入合适的还原剂，通过控制反应条件，将混合均匀的金属盐还原，从而得到金属合金材料的制备方法。电沉积法是指金属合金在外加电压作用下，溶解在电解液中的金属离子在阴极还原为原子而形成沉积的过程。该方法制备效率高，过程简单，反应速度较快等特点，是目前研究的主要方向。本文中采取电沉积法制备铁-钴合金。1.3 铁-钴合金研究历史及进展铁是价格低廉且储量丰富的元素，同时其物理性能比较优异，如果铁与其他元素形

10、成合金，使得它们具有优异的物理化学性能，则具有非常广阔的应用价值与市场前景。而铁-钴合金由于具有良好的耐蚀性、磁性以及经济性，使得其在工业领域得到广泛应用。1912年Preus等发现了35Co-Fe合金，其饱和磁感应强度比纯铁高13。1929年Elmen发现了具有较高磁导率的50Co-Fe合金，并将其命名为Pennendurtl10。1932年White等制备得到了2V-Permendur合金。1975年Major等进一步改善了2V-Permendur合金的塑性并放宽了热处理温度范围。铁-钴合金合金具有高的饱和磁感应强度，高的起始磁导率及最大的磁导率，其居里温度高达980以上，是一种重要的软磁

11、材料。2004年Myung11等采用电化学沉积法制备铁-钴合金薄膜，通过调节电沉积过程的电流密度和电解液的温度来改变铁-钴合金薄膜应力和磁性。2005年秦勇等研究了不同组分的铁-钴合金纳米颗粒的微结构及其形状对磁性的影响，采用液相还原法制备了大小不同、组成各异的片状FeXCo1-X (x=0.10.6)合金纳米颗粒12。2011年王凤平等制备得到了铁-钴纳米合金/天然橡胶复合材料，采用液相还原法制备铁-钴合金纳米粒子，用不同的制备工艺将铁-钴合金微粒与天然胶乳共混，制得的复合材料弥补了天然橡胶力学性能的不足13。2012年王学华等用交流电化学沉积法在多孔氧化铝（AAO）模板孔内成功制备铁-钴合

12、金合金纳米线阵列。2014年Yang等研究了化学合成微米铁钴颗粒的性能14。1.4 合金在NaOH溶液中电化学特性的研究进展1990年朱立群等研究了锌铁合金在碱性溶液中的电沉积过程15，得出含Fe0.4%-0.8%的Zn-Fe合金具有优于镀锌层的耐腐蚀性。1995年李爱昌等用电沉积方法制备了Ni-W-P合金电极，研究了该电极在酸性溶液和碱性溶液中对析氢反应的催化活性和稳定性16。1998年俞钢辉等从碱性镀液中电沉积得到镍合量小于1wt的锌镍合金镀层，该镀层具有优良的耐腐蚀性能17。2004年王云燕等研究了锌酸盐体系Zn-Fe合金电镀阴极的电流效率18，发现增加电镀液中锌铁离子总摩尔浓度，提高镀

13、液中锌铁离子摩尔比，降低铁离子浓度、适当控制阴极电流密度，升高镀液温度均可提高锌铁合金电沉积的阴极电流效率。2005年乌日根等研究了稀土对镍铜合金铸铁耐碱蚀性能的影响19，得出高温浓碱中的动态腐蚀条件下，稀土含量为0.05%的镍铜合金铸铁试样耐蚀性较好的结论。2006年游文等制备了两种不同含量的Al-Ga-In-Zn-Mg-Mn合金和Al-Ga-In-Sn-Zn-Mg-Mn合金,共三种新型铝合金阳极材料，研究了该系列合金在4mol / L NaOH碱性溶液中的自腐蚀速率和电化学性能20。2009年Salah Abdelghany Salman等通过阳极氧化铈的氧化物共沉淀提高AZ31镁合金的耐

14、蚀性21。2013年曹寅亮等研究了镍锡析氢活性阴极的电化学制备及其在碱性溶液中的电催化机理22。1.5 电化学特性的表征方法1.5.1 稳态极化法极化是指当电流通过电极的过程中电极的电位偏离平衡电位的现象。阴极极化指阴极的电极电位向负方向偏移，阳极极化指阳极的电极电位向正方向偏移。电极通过的电流密度越大，电极电位偏离平衡电极电位的绝对值就越大。当电流通过电极时，电极电位会偏离平衡值而产生极化作用。随着电极上电流密度的增加，其电位值偏离平衡值也越大。这种变化关系可用电流密度与电极电位之间的曲线来表示，称为极化曲线。极化曲线一般都是在稳态下测得的，因此又叫稳态极化曲线。稳态极化曲线是研究电极电化学

15、性能的常用方法，稳态极化曲线的测定是通过施加一定的电势（或电流）于电极上，然后观测电流（或电势）随时间的变化，直到电流（或电势）不随时间而变化或随时间的变化很小时，记录下电势-电流的关系曲线。因而可用稳态极化曲线测定电极过程控制步骤的动力学参数，研究电极过程动力学规律及其影响因素。常见的稳态极化曲线有阳极极化曲线和阴极极化曲线，或在扫速很低下的线性电势扫描伏安曲线（LSV）。1.5.2 循环伏安法循环伏安法（CV）是一种常用的电化学研究方法。该法控制电极电势以不同的速率，随时间以三角波形一次或多次反复扫描，电极在一定的电势范围内交替发生不同的氧化和还原反应，并记录电流-电势曲线。根据曲线形状可

16、以判断电极反应的可逆程度，中间体、相界吸附或新相形成的可能性以及偶联化学反应的性质等。常用来测量电极反应参数，判断其控制步骤和反应机理，并观察整个电势扫描范围内可发生哪些反应及其性质如何。对于一个新的电化学体系，首选的研究方法往往就是循环伏安法，可称之为“电化学的谱图”。1.6 本文的研究内容和意义本文以线性电势扫描法对不同电沉积条件下所制备得到的铁-钴合金电极在4.0 mol·L-1NaOH溶液中的析氢析氧特性进行了研究，研究内容如下： （1）以铁-钴合金在NaOH溶液中作为阴极析氢电极，探讨分别改变Fe2+/Co2+摩尔比、温度和操作电流密度对铁-钴合金电极在氢氧化钠溶液中的析氢

17、电位的影响。（2）以铁-钴合金在NaOH溶液中作为阳极析氧电极，探讨分别改变Fe2+/Co2+摩尔比、温度和操作电流密度对铁-钴合金电极在氢氧化钠溶液中的析氧电位的影响。2 实验部分2.1 实验药品实验中使用的主要实验药品见表1。表1主要实验药品及材料试剂名分子式分子量(g·mol-1)规格生产厂家七水合硫酸钴CoSO4·7H2O280.93AR国药集团化学试剂有限公司七水合硫酸亚铁FeSO4·7H2O277.85AR国药集团化学试剂有限公司一水合柠檬酸C6H8O7·H2O192.11AR国药集团化学试剂有限公司氢氧化钠NaOH40.00AR国药集团化学

18、试剂有限公司硫酸H2SO498.08AR国药集团化学试剂有限公司硫酸钠Na2SO4142.04AR国药集团化学试剂有限公司2.2 实验仪器实验中使用的主要实验仪器见表2。表2主要实验仪器仪器名称型号生产厂家电化学工作站CHI660B上海辰华仪器有限公司电子分析天平FA2004B上海天美天平仪器有限公司恒温器DCW-3510上海比郎仪器有限公司酸度计PHS-3C上海雷磁仪器公司2.3 铁-钴合金电极的制备将直径为10 mm的镍棒装入直径相近的聚四氟乙烯套管内，套管与棒间的空隙用环氧树脂密封，直径为10 mm棒端面作为电极的工作面，以该工作面为电极的表面积。基体上电沉积制备铁-钴合金的步骤有：(1

19、)抛光打磨：将镍基体的工作面先用600目的金相砂纸打磨去除表面氧化层，再用1000目金相砂纸抛光打磨；打磨完后再次用清水清洗。(2)洗涤除油：将经过抛光打磨的基体在10%的NaOH水溶液浸泡30-45 min洗涤除去油污，然后清水冲洗，干燥。(3)以洗涤除油得到的集体为阳极，以镍板为阴极，在镍基体上进行恒电流电沉积技术制备铁-钴合金，阴极电流密度范围为2050 mAcm-2，阴极工作面为10mm圆面积，电极的面积为0.785cm-2，操作温度为25.0-55.0，用量筒量取100 mL一定浓度的电沉积液，采用夹套加热到操作温度后进行恒电流电沉积操作，恒电流电沉积技术操作时间为15 min。 2

20、.4 铁-钴合金电极在NaOH溶液中析氢析氧特性的测定以不同电沉积条件制备得到的铁、钴和铁-钴合金电极为工作电极，镍板为对电极，RE-1AHg/HgO/NaOH电极为参比电极，电解液为4.0 mol·L-1的氢氧化钠溶液，电解池体系温度为35.0 ，扫描速度为1.0 mV·s-1，采用电化学工作站测定制备得到的合金电极在NaOH溶液中的析氢析氧特性，实验装置如图1。电化学测定实验为三电极系统，电化学工作站分别对应连接工作电极、对电极、参比电极，电沉积电化学反应器为单槽无隔膜带夹套玻璃容器(80×120，容积为120 mL)。每次加入100 mL电沉积液，内置工作电

21、极、对电极、参比电极，采用夹套通循环水维持电沉积液温度，电沉积电化学反应器内插入温度计实测体系温度。图1 电化学实验装置图1-电化学工作站; 2-工作电极; 3-参比电极; 4-对电极; 5-温度计; 6-电沉积电化学反应器3 实验结果与讨论3.1 电沉积制备的铁-钴合金电极在NaOH溶液中的析氢特性3.1.1 钴、铁和钴-铁合金电极在NaOH溶液中的析氢特性图2为在35.0 、扫描速度为1.0 mV·s-1、氢氧化钠溶液浓度为4.0 mol·L-1时，制备的钴、铁和铁-钴合金电极在氢氧化钠溶液浓度中析氢部分线性电势扫描伏安曲线。图2 铁、钴和铁-钴合金电极在NaOH溶液中

22、析氢的线性电势扫描伏安曲线测定条件：操作温度为35.0 ；扫描速度为1.0 mV·s-1电极制备条件：镍基体，电沉积液组成为0.1 mol·L-1 CoSO4+0.1 mol·L-1 FeSO4，电沉液温度为35.0 ，电流密度为20 mA·cm-2，电沉积时间为15 min，1-铁-钴合金电极，2-钴电极，3-铁电极图2中曲线1为铁-钴合金电极在NaOH溶液中析氢的电势扫描伏安曲线，曲线2为铁电极在NaOH溶液中析氢的电势扫描伏安曲线，曲线3为钴电极在NaOH溶液中析氢的电势扫描伏安曲线。从图2可以看出，制备得到的铁-钴合金电极的析氢电位较单一的铁电极

23、和钴电极的析氢电位小，表明铁-钴合金电极在氢氧化钠溶液中作为析氢材料电极时比单一的铁电极和钴电极要优异，通过恒电流制备得到的合金电极的析氢催化活性明显增强。3.1.2 不同电沉积条件下制备的合金电极在NaOH溶液中的析氢特性1. 沉积液中Fe2+/Co2+摩尔比对析氢特性的影响图3为在35.0、扫描速度为1.0 mV·s-1、氢氧化钠溶液浓度为4.0 mol·L-1时，不同Fe2+/Co2+摩尔比的沉积液恒电流沉积得到的铁-钴合金电极在氢氧化钠溶液浓度中析氢部分线性电势扫描伏安曲线。图3 不同沉积液浓度制备铁-钴合金电极在NaOH溶液中析氢部分线性电势扫描伏安曲线测定条件：

24、操作温度为35.0 ；扫描速度为1.0 mV·s-1电极制备条件：镍基体，电沉积液总浓度为0.2 mol·L-1，电沉积温度为35.0 ，电流密度为20 mA·cm-2，电沉积温度为15 min，铁/钴摩尔比：1-1:4，2-1:1，3-4:1从图3可以看出，当沉积液总浓度保持不变时，随着Fe2+浓度的增大，合金电极在氢氧化钠溶液中的析氢电位随着电沉积液中Fe2+浓度的增大而减小，说明电沉积液浓度的改变在一定程度上改变了铁-钴合金电极的组成，从而导致了析氢电位和析氢催化活性的改变。2. 电沉积温度对析氢特性的影响图4为在35.0、扫描速度为1.0 mV·

25、s-1、氢氧化钠溶液浓度为4.0 mol·L-1时，由不同温度的沉积液恒电流沉积得到的铁-钴合金电极在氢氧化钠溶液浓度中析氢部分线性电势扫描伏安曲线。图4 不同沉积温度制备的合金电极在氢氧化钠溶液中的析氢部分线性电势扫描伏安曲线测定条件：操作温度为35.0 ；扫描速度为1.0 mV·s-1电极制备条件：镍基体，电沉积液组成为0.10 mol·L-1 CoSO4+0.10 mol·L-1 FeSO4，电流密度为20 mA·cm-2，电沉积温度为15 min，温度 / ：1-25.0, 2-35.0, 3-45.0, 4-55.0从图4可以看出，随

26、着电沉积铁-钴合金过程中沉积温度的升高，铁-钴合金电极在氢氧化钠溶液中的析氢电位随着沉积温度的升高而减小，说明电沉积温度的改变在一定程度上改变了铁-钴合金电极的组成，从而导致了析氢电位的变化和析氢催化活性的改变。3. 操作电流密度对析氢特性的影响图5为35.0、扫描速度为1.0 mV·s-1、氢氧化钠浓度为4.0 mol·L-1时，由不同操作电流密度沉积得到的铁-钴合金电极在氢氧化钠溶液中析氢部分线性电势扫描伏安曲线。图5 不同电流密度制备的合金电极在氢氧化钠溶液中的析氢部分线性电势扫描伏安曲线测定条件：操作温度为35.0 ；扫描速度为1.0 mV·s-1电极制备

27、条件：镍基体，电沉积液组成为0.10 mol·L-1 CoSO4+0.10 mol·L-1 FeSO4，电沉积温度为35.0 ，电沉积时间为15 min，电流密度 / mA·cm-2 ：1-20, 2-30, 3-40, 4-50从图5可以看出，随着操作电流密度的增大，铁-钴合金电极在氢氧化钠溶液中的析氢气电位逐渐减小，说明随着沉积操作电流密度的改变，制备得到的铁-钴合金电极的组成和结构在一定程度也发生了改变，从而导致了析氢电位和析氢催化活性的改变。3.2 电沉积制备的铁-钴合金电极在NaOH溶液中的析氧特性3.2.1 钴、铁和钴-铁合金电极在NaOH溶液中析氧特

28、性图6为在35.0 、扫描速度为1.0 mV·s-1、氢氧化钠溶液浓度为4.0 mol·L-1时，制备的铁、钴和铁-钴合金电极在氢氧化钠溶液浓度中的析氧部分线性电势扫描伏安曲线。图6 铁、钴和铁-钴合合金电极在氢氧化钠溶液中析氧部分线性电势扫描伏安曲线测定条件：操作温度为35.0 ；扫描速度为1.0 mV·s-1电极制备条件：镍基体，电沉积液组分为0.10 mol·L-1 CoSO4+0.10 mol·L-1 FeSO4，电沉积温度为35.0 ，电流密度为20 mA·cm-2，电沉积时间为15 min，1-铁-钴合金电极，2-钴电极，

29、3-铁电极从图6可以看出，制备得到的铁-钴合金电极的析氧电位较单一的铁电极和钴电极的析氧电位小。说明制备得到的铁-钴合金电极作为氢氧化钠溶液中作为析氧材料电极时比单一的钴电极和铁电极要优异，表明铁-钴合金电极在氢氧化钠溶液中作为析氧材料电极时比单一的铁电极和钴电极要优异，通过恒电流法制备得到的铁-钴合金的析氧催化活性明显得到增强。3.2.2 不同电沉积条件下制备的合金电极在NaOH溶液中的析氧特性1. 沉积液中Fe2+/Co2+摩尔比对析氧特性的影响图7为在35.0 、扫描速度为1.0 mV·s-1、氢氧化钠溶液浓度为4.0 mol·L-1时，由不同摩尔浓度比的沉积液恒电流

30、沉积得到的铁-钴合金电极在氢氧化钠溶液中的析氧部分线性电势扫描伏安曲线。图7 不同沉积液浓度制备合金电极在氢氧化钠溶液中放氧线性电势扫描伏安曲线测定条件：操作温度为35.0 ；扫描速度为1.0 mV·s-1电极制备条件：镍基体，电沉积液的总浓度为0.2 mol·L-1，电沉积温度为35.0 ，电流密度为20 m A·cm-2，电沉积时间为15 min，铁/钴摩尔比：1-1:4，2-1:1，3-4:1从图7中可以看出，随着电沉积液中Fe2+浓度的增加，氢氧化钠溶液中铁-钴合金电极上氧气的析出电位随着电沉积液中Fe2+浓度的增加而增加，说明电沉积液浓度的改变在一定程度

31、上改变了铁-钴合金电极的组成，从而导致了析氧电位的变化和析氧活性的改变。2. 电沉积温度对析氧特性的影响图8为在35.0 、扫描速度为1.0 mV·s-1、氢氧化钠溶液浓度为4.0 mol·L-1时，由不同温度的沉积液恒电流沉积得到的铁-钴合金电极在氢氧化钠溶液浓度中析氧部分线性电势扫描伏安曲线。图8 不同沉积温度制备合金电极在氢氧化钠溶液中放氧部分线性电势扫描伏安曲线测定条件：操作温度为35.0 ；扫描速度为1.0 mV·s-1电极制备条件：镍基体，电沉积液组成为0.10 mol·L-1 CoSO4+0.10 mol·L-1 FeSO4，电流

32、密度为20 mA·cm-2，电沉积时间为15 min，温度 / ：1-25.0，2-35.0，3-45.0，4-55.0从图8中可以看出，随着电沉积温度的升高，铁-钴合金电极在氢氧化钠溶液中的析氧出电位随着电沉积温度的增加而增加，说明电沉积温度的改变在一定程度上改变了铁-钴合金电极的组成，从而导致了析氧电位和析氧活性的改变。3. 操作电流密度对析氧特性的影响图9为35.0 、扫描速度为1.0 mV·s-1、氢氧化钠浓度为4.0 mol·L-1时，由不同操作电流密度沉积得到的铁-钴合金电极在氢氧化钠溶液中放氧部分线性电势扫描伏安曲线。图9 不同操作电流密度制备合金电

33、极在氢氧化钠溶液中放氧部分线性电势扫描伏安曲线测定条件：操作的温度为35.0 ；扫描速度为1.0 mV·s-1电极制备条件：镍基体，电沉积液组成为0.10 mol·L-1 CoSO4+0.10 mol·L-1 FeSO4，电沉积温度为35.0 ，电沉积时间为15 min，电流密度 / mA·cm-2 ：1-20，2-30，3-40，4-50从图9可以看出，随着操作电流密度的增大氢氧化钠溶液中铁-钴合金电极上的氧气析出电势随着操作电流密度的增大而增加，说明操作电流密度的改变在一定程度上改变了铁-钴合金电极的组成，从而导致了析氧电位和析氧催化活性的改变。4

34、结 论本文采用线性电势扫描法对不同电沉积制备条件下所制得的铁-钴合金电极在4.0 mol·L-1NaOH溶液中的析氢析氧特性进行了研究，得到的只要结论如下：（1）以铁-钴合金在氢氧化钠溶液中作为阴极析氢电极使用时比单一的铁电极或者钴电极的析氢电位小，而随着电沉积液中Fe2+/Co2+摩尔比的增大、温度的升高和操作电流密度的增大，铁-钴合金电极在氢氧化钠溶液中的析氢电位减小。（2）以铁-钴合金在氢氧化钠溶液中作为阳极析氧电极使用时比单一的铁电极或者钴电极的析氧电位小，而随着电沉积液中Fe2+/Co2+摩尔比的增大、温度的升高和操作电流密度的增大，铁-钴合金电极在氢氧化钠溶液中的析氧电位

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40、-sized FeCo particlesJ. Journal of Alloys and Compounds, 2014, 615: 322-32615 朱立群. 碱性溶液锌铁合金电沉积研究J. 表面技术, 1990, 19(5): 22-2616 李爱昌, 姚素薇. 电沉积 Ni-W-P 合金催化析氢特性研究J. 表面技术, 1995, 24(3): 8-1017 俞钢辉, 冯力群. 碱性电沉积低镍锌镍合金镀层J. 上海钢研, 1996, (1): 18-2118 王云燕, 彭文杰. 锌酸盐体系 Zn-Fe 合金电镀阴极电流效率的研究J. 材料保护, 2004, 37(5): 16-181

41、9 乌日根, 董俊慧, 朱霞. 稀土对镍铜合金铸铁耐碱蚀性能的影响J. 热加工工艺, 2005, (11): 61-6220 游文, 林顺岩. 新型铝合金阳极在 NaOH 碱性溶液中的腐蚀行为J. 铝加工, 2006 (3): 15-1821 Salman S A, Ichino R, Okido M. Improvement of corrosion resistance of AZ31 Mg alloy by anodizing with co-precipitation of cerium oxideJ. Transactions of nonferrous metals society

42、 of China, 2009, 19(4): 883-88622 Cao Y L, Li Z L, Wang F, et al. Electrochemical Preparation of Ni-Sn Active Cathode and Its Electrocatalytic Hydrogen Evolution Reaction Mechanisms in Alkaline SolutionJ. Acta Physico-Chimica Sinica, 2013, 29(7): 1479-1486.6 致 谢我论文的所有实验过程及写作都是在导师王雅琼教授的悉心指导下完成的，其中凝聚着

43、导师的心血和汗水，衷心感谢许老师给予的一切教诲与帮助。在三年的学习过程中，导师的扎实的理论知识、严密的思维方式、严谨的治学态度和忘我的工作作风都让我受益匪浅，这些都将是我今后工作和生活中不可多得的精神财富。在此，谨向恩师表示崇高的敬意和真挚的感谢！此外还要感谢吕丽师姐在论文期间给予我的支持和帮助，同时感谢父母和同学，给予我生活上的关心以及学业上的大力支持！化学合成微米铁钴颗粒控制性能的增强B. Yang , Y. Cao, L. Zhang, R.F. Li, X.Y. Yang, R.H. Yu摘 要本文介绍了直接控制化学法制备微米级大FeCo颗粒。近球形平均粒径15lm的bbc- FeCo

44、合金颗粒合成Fe2+、Co2+在水/ CTAB/正丁醇/正己烷微乳体系中的离子控制还原反应。由于其高纯度、单体心立方铁钴相，微米尺度的内禀磁性FeCo颗粒具有良好的199211 Am2/kg的高饱和磁化强度。7.12-7.45克/厘米3高密度的FeCo基磁芯可以通过粉末压制成型工艺来制造。化学合成微米级颗粒铁钴制备工艺简单，具有良好的空气稳定性，高饱和磁化强度和良好的压实能力。全密度，近净形和复杂形状的铁钴在基于软磁性的高功率应用器件中，有着巨大使用潜力。关键词:化学法，微米铁钴粒子，高饱和磁化强度，bbc-铁钴相，高密度1 简介众所周知，由于其高饱和磁化强度、低矫顽力和高的居里温度，bbc-

45、FeCo是一种重要的软磁材料广泛应用于磁传感器、磁记录、大功率电动机或发电机。传统的FeCo软磁合金通常被电弧熔化或感应熔炼制备纯Fe、Co并少量添加元素V，然后用适当的热处理来获得理想的形态和结构。对于铁钴相显示出了具有一些脆性差的机械性能，用熔炼方法制得的铁钴材料不适合于小型化和复杂形状的磁性装置的制造。在近年来，各种磁性纳米Fe基或Co基合金由于它们的各种磁性能如超顺磁性，软或硬磁性已引起科学界很大的兴趣，这是由它们的颗粒形状和颗粒大小决定的。因此，对基于合金纳米粒子的合成的各种性能的许多成果来说，纳米线和纳米阵列已经弥补了这些传统合金的不足。 尽管基于磁性铁钴纳米材料具有许多优点，拥有

46、广泛用于生物医学领域或电磁场的多功能材料的巨大潜力。磁性FeCo合金往往作为散装材料应用在大功率设备如电动机和发电机的转子和定子，所以体积密度是材料的关键性能参数之一。对于强的聚集力，通常在纳米颗粒的压缩时发生，用常规粉末冶金方法将纳米颗粒压实到全密度是很困难的。用磁性纳米粒子相比，微米级的颗粒铁钴有更好的变形和紧实，这使他们很容易地通过粉末压制成型工艺与高密度大容量的软磁复合材料致密。机械破碎的方法，例如水雾化的气体雾化经常用于制备铁基合金的微米级磁性粉末。在高真空条件下，采用机械破碎方法制成的粉体的氧含量应控制在高真空条件下，否则高氧含量会降低铁基合金粉末的磁性。在这项工作中，一个微米级的

47、FeCo颗粒的制备控制的化学方法已报道。随着1-5lm平均尺寸高纯FeCo颗粒可以通过控制微乳液反应直接合成。合成过程中，与微米级磁性微结构尺寸的FeCo颗粒进行了系统研究。对于制备微米级粉体的传统方法相比，控制化学方法易于处理制备微米级FeCo颗粒纯度高、理想形态。这些材料可用于制造特别复杂和微型磁性元件与近净形状，并且在高功率和高频应用中可能候选。2 实验微米大小的铁钴合金颗粒的形成的示意图示于图1。图1描述了颗粒形成中的典型过程。在实验中的所有化学品是分析级并且直接使用，无需进一步处理。第一步，十六烷基三甲基铵(CTAB)(4克)在一烧瓶中溶解在正己烷(10毫升)，正丁醇(3毫升)和蒸馏

48、水(1mL)中的混合物(a)，以获得混合液，然后四相微乳溶液在室温下10分钟剧烈搅拌的混合液时形成。第二步，氯化亚铁·4H2O(0.1990克)和硫酸钴·7H2O(0.2810克的混合物中，Fe2+和Co2+的摩尔比为1：1)完全溶解到蒸馏水(1毫升)在另一烧瓶(b)中，然后在烧瓶内的混合溶液(b)是缓慢地倒入在烧瓶中的上述微乳溶液(a)伴随在快速搅拌下。还原前体中的含有均匀分布的混合物Fe2+和Co2+的混合物在室温下搅拌10分钟后形成的。第三步，该氢氧化钠(1克)的混合物溶液作为沉淀剂溶解于蒸馏水(1mL)中和水合肼(N2H4·H2O，80(重量)，5毫升)，

49、为还原剂滴入成上述还原前体混合物剧烈搅拌时。然后将含有混合物溶液的烧瓶放入油浴中，观察到沉淀时，还原反应已在60-80空气气氛下进行60-90分钟。最后，将反应产物通过一个外部磁铁中分离的反应完成时，然后用水和乙醇两次或三次顺序，分别。在室温下干燥清洗过的反应产物在真空烘箱中8-10小时后，得到的铁钴合金粒子。铁钴颗粒的晶体结构通过X射线衍射观察(X射线衍射)使用D / max-2200个人电脑X射线衍射装置进行CuK辐射。微米大小的结构通过透射电子显微镜观察FeCo颗粒(TEM)、选区电子衍射(SAED)采用200 kV配备牛津INCA能谱仪探测器的JEM-2100显微镜。用X射线光电子能谱

50、检测样品中的元素状态(XPS)使用Al Ka激励源。粉末样品的磁特性通过振动样品磁强计(VSM，BHV-55)在室温下用10kOe的最大磁场证实。环形试样在没有任何润滑剂静态压力约800 MPa下进行压缩FeCo颗粒。采用阿基米德排水法测定环形样品的密度。3 结果与讨论图2显示FeCo合金颗粒在60分钟60下还原反应制备的XRD图谱(a)，在80、90分钟(b)。图2中显示的三衍射峰在44.8、65.2 h值的两种模式和82.6对应的晶面(110)、(200)和(211)，这是与bbc铁钴合金有很好的一致性。可以看到单个BCC-铁钴相是通过在合适的条件下还原反应形成的。图3显示了FeCo颗粒在

51、60分钟、60还原反应制备下的TEM图像和相应选区的电子衍射图案(a)。照片(c)显示了在80、90分钟(b)和从微米级生产全密度环形FeCo颗粒样品的过程。从图3可以看出，FeCo颗粒呈现出随着1.5-4.5lm的平均大小的球形和展示的多晶材料的选区电子衍射的衍射环证实的典型特征。晶格参数计算的电子衍射图案两FeCo样品在6060分钟(a)，在8090分钟(b)2.856Å和2.861Å，分别与bbc- FeCo相一致。双组分间的细微晶格参数差可能会导致不同的铁/钴比。在下面可以看到，铁钴样品铁钴比值改变有着不同反应温度和反应时间。因此可以得出结论，微米FeCo颗粒是直接

52、从FeCo颗粒在微乳液反应生长形成的，而不是由小颗粒聚集形成的，长大的FeCo颗粒随反应温度从60到80，反应时间从60分钟延长到90分钟。EDS谱图如图4所示，这进一步证实了高纯FeCo相无微米级微乳液反应得到氧含量FeCo颗粒。另一项研究表明，铁钴纳米颗粒将在空气中缓慢氧化，粒子应该像氢气的还原气氛下进行退火。对机械合金化铁钴合金，适当的热处理应达到所需的BCC结构FeCo相。与制备纳米铁钴材料相比，空气稳定的微米大小的铁钴颗粒可以直接在空气中，非连续热处理获得。在这项工作中，我们直接测量通过XRD和TEM技术合成的在几天内的没有任何预处理的铁钴颗粒。与制备纳米铁钴材料相比，空气中稳定的微米大小的铁钴颗粒可以直接在空气中下不用连续热处理获得。在这项工作中，我们直接通过XRD和TEM测量几天内未做任何前处理技术合成FeCo颗粒。所有的测量显示出微米级铁钴粒子，这证实了这些颗粒空气稳定性的高纯度。也可以从EDS的频谱即微米级铁钴的组合物显示出与用于1.5lm铁钴颗粒与Fe44Co564.5流明铁钴颗粒Fe42Co58的