迁移过程
在山西银包铜粉水滴法实验过程中,迁移整个过程可视为三个步骤:阳极溶解、离子运动和阴极淀积。
(1)阳极溶解
当在膜层样片上滴加了去离子水作为电解质,并施加一定外加电压后,在实验回路中就会有电流,膜层上发生相应的电化学反应。
在阳极上发生的反应主要是金属的阳极溶解,当外加电位较高时,还会有气泡的生成,反应式如下:
Me-ne-MeH+,
H20-2e-1/202+2H+
对于银浆料来说,上式(1)中Me是Ag。阳极银失去电子成为带正电荷的银离子(见图8),水离子化为氢离子和氢氧根离子(见图9)。
Ag-e-=Ag+
H20一-H++OH-
对于银包铜粉浆料来说,上式(1)中Me是AgCu在银粉的XRD分析中我们知道,银是以自金属相存在,没有形成合金、故在阳极上发生的反应为:
Ag-e-Ag+
Cu-e--Cu2+
H2O-H++OH-
(2)离子运动
在水溶液中,H+移动到阴极放出H2,而OH-向阳极移动,并在阳极附近与从阳极运动来的Ag+复合成AGOH,Cu2+复合成Cu(0H)2
Ag++OH-一AgOH
Cuz+20H---Cu(0H)2
不稳定的AgOH在阳极附近分解为黑色的沉淀物(Ag20)
2Ag0H-Ag20+H20
而Cu(OH)2可以转化为热力学更稳定的Cu20
Cu(OH)2--Cu0+H20
(3)阴极沉积
阳极溶解生成的金属离子Me和H在电场力和浓度梯度的共同推动下,向阴极迁移。随着反应的不断进行阴极区的金属离子浓度不断增加。当阴极附近区域的金属离子的浓度达到一定程度时,就有可能发生金属离子的电化学还原沉积反应。
在阴极上发生的电化学反应包括析氢反应、水滴中溶解氧的还原反应和从阳极迁移过来的金属离子的电化学还原沉积反应。反应式如下:
H20+2e--20H-+H2
1/2O2+H20+2e--20H-
Men++ ne--Me