腐蚀锌的吸氧腐蚀机制_PPT课件

CompanyLOGO腐蚀锌的吸氧腐蚀机制汤哲鹏目录结果与讨论实验方面课题简介背景知识CompanyLogo1.背景知识 吸氧腐蚀：指金属在酸性很弱或中性溶液里，空气里的氧气溶解于金属面水膜中而发生的电化腐蚀。负极（Fe）：2Fe-4e=2Fe2+　　正极（C）：2H2O+O2+4e=4OH-　　总反应方程式：2Fe+O2+H2O=2Fe(OH)2CompanyLogoCompanyLogo氧阴极还原过程示意图CompanyLogo Churchill:证明锌腐蚀过程中有H2O2的生成Delahay:通过极化曲线得到在锌电极在-1.05~-1.1V的PH为6.9的磷酸盐缓冲溶剂中，有2e的H2O2还原Boto和Williams:锌表面的二步还原机制NaCl环境下腐蚀锌表面的氧还原机制历史回顾CompanyLogo抛光锌（as-polished）锌的吸氧腐蚀机制腐蚀锌（corroded）（对照组）课题思路CompanyLogo3.实验方面旋转圆盘电极(Rotatingdiscelectrode）：为研究电极表面电流密度的分布情况、减少或消除扩散层等因素的影响，电化学研究人员通过对比各种电极和搅拌的方式，开发出了一种高速旋转的电极，由于这种电极的端面像一个盘，所以也叫旋转圆盘电极，简称旋盘电极，还叫转盘电极。(即RDE)旋转环盘电极（Rotatingringdiscelectrode):RRDE环盘电极在圆盘外围设置一个圆环，盘与环之间只有很小的间隙，圆盘或环盘围绕中心轴旋转,转速由一个旋转系统调节和测量。需要配合旋转圆盘圆环/电极/装置（MSR/ASR）使用。RRDE主要是用做中间产物。(即RRDE)CompanyLogoDiskelectrode:Ox+e-→Red(reduction)Ringelectrode:Red-e-→Ox(Oxidation)CollectionefficiencyN=|iR|/|iD|CompanyLogo 样品制备：抛光洗涤烘干抛光试样：将其置于溶液中腐蚀试样：经1h浸润（0.05MNaCl）与7h60%RH干燥的干湿循环，次数增加，则腐蚀厚度增加，后置于溶液中绘制极化曲线：用动态法控制电极电势以较慢的速度连续地改变(扫描)，并测量对应电位下的瞬时电流值，以瞬时电流与对应的电极电势作图，获得整个的极化曲线。CompanyLogo 电流密度与旋转速度图形绘制 腐蚀样品阻抗的测量具有两不同电极间距的测阻抗的电极电池（a）俯视图(b)截面图CompanyLogo4.结果与讨论溶于空气的0.05MNaCl溶液腐蚀锌极化曲线1.不同循环数表腐蚀厚度，数值↑，厚度↑2.阳极电流：腐蚀厚度↑，阳极电流↓阴极电流：有峰值，陡坡和平台，相应O2，H2O和锌的氢氧化物的还原3.极限电流：随腐蚀厚度↑，极限电流↑SoWHY?腐蚀锌在0.05MNaCl溶液的极化曲线CompanyLogo 提出的几点猜想：3.表面粗糙度↑，Imax↑（可忽略）；1.在极限电流区域（-1.25~-0.95V）有腐蚀产物或Zn2+还原，因在NaCl溶液锌电极的Ecorr要比其电势低很多，标准Eo（Zn/Zn2+）=-0.962V，而其他金属要比它高；2.O2还原机制改变，是2e的H2O2的还原，还是OH-的还原；Focuson在锌表面的氧的还原反应机制腐蚀锌在腐蚀区间的腐蚀产物的还原CompanyLogo抛光锌的阴极电流—电压曲线抛光锌的阴极极化曲线（对照组）发现两个平台（IL1=-1.1V；IL2=-1.4V）；电势低于-1.6V时，电流增加，H2O的还原，H2的释放；经30min旋转浸润后，IL1↓；CompanyLogo1）—1.1V抛光锌的电流与旋转速度关系曲线2）—1.4V抛光锌的电流与旋转速度关系曲线刚浸润经30分钟后直线关系电势的阴极还原受控于物质的传输CompanyLogo研究抛光锌IL2的氧气还原机制Pt盘的阴极曲线—1.4V抛光锌的电流与旋转速度关系曲线利用IL=0.62nFC*D2/3v-1/6Ω1/2当n=4时，F、C*、v为已知常数，求的D=2.0×10-1m2s-1；利用上述公式和已知常数及n=4，对抛光锌的第二平台的电流和转速的斜率，得到D=2.4×10-1m2s-1；表明第二个平台时，电子转移数为4；CompanyLogo腐蚀锌的阴极电流—电压曲线0.5电势为-1.1V时，电流密度与转速直线关系只有一个电流平台（对比抛光锌）在<-1.25V后，很窄电势范围，I急剧增；正的截距，提出了非扩散电流源自腐蚀产物的还原的假设研究腐蚀锌IL的氧气还原机制CompanyLogo 抛光锌与腐蚀锌的阴极极化曲线（usingRRDE）盘电极为抛光锌的极化曲线盘电极为腐蚀锌的极化曲线初始Iring更高，当盘电流经第一个平台后递增，Iring下降；至盘的第二个平台，环电流下降了10倍，后保持定值；后Ir与Id同步递增，因H2产生（H2O的还原）；只有一个盘平台；当<-1.3V时，环电流下降；CompanyLogo通过上述曲线Iring和Idisc及RRDE的收集效率N得到：抛光锌xH2O2=44%腐蚀锌xH2O2=5%对于抛光锌：当电势高于-1.25V时，表面有氧化膜或氢氧化膜包覆（位于第一平台）；电势小于-1.3V时，表面不存在腐蚀产物，为准一致活跃表面（第二平台）；电势表面形貌氧还原机制CompanyLogo 腐蚀锌的阻抗实验步骤分为两电极距离为100um和1000um的两组；每组由有1、6、9、30次干湿循环的试样，测阻抗；CompanyLogo 锌试样的阻抗图电极间距为100um电极间距为1000um腐蚀产物↑，阻抗↓去除后阻抗数值与1000um相同假设沉积的锌腐蚀产物导电致短路（较之铁）腐蚀产物的逆过程（AFM和STM）CompanyLogo腐蚀产物是否抑制了O2的还原？经处理后的电流与旋转速度的关系曲线腐蚀产物抑制了O2的还原CompanyLogo锌可能的阴极反应 对于抛光试样：O2�+H2O+2e→HO2-+OH-(1)HO2-+H2O+2e→3OH-(2)第一平台（>-1.2V）有H2O2生成，由于存在锌的氧化物和氢氧化物薄层，使不易发生（2）；44%O2发生2e反应（1），56%O2发生4e反应：（1）和（2）；第二平台（<-1.2V）RRDE未发现中间产物HO2-，锌的氧化物和氢氧化物薄层消失，金属表面载荷输运加快，反应（2）瞬间完成；由于（1）和（2）联合得到4e反应；CompanyLogo 对于腐蚀样品： 在E>-1.2V时，发生上述的第二步（（1）和（2）），有一个平台； 在E<-1.2V时，发生了腐蚀产物的还原： ZnO+2H++2e→Zn+H2O Zn(OH)2+2H++2e→Zn+2H2O ZnCl2·6Zn(OH)2+14H++14e→7Zn+2HCl+12H2O ZnCl2·4Zn(OH)2+10H++10e→5Zn+2HCl+8H2O 在E<-1.6V时，有水还原为氢气： 2H2O+2e→H2+2OH-CompanyLogo4结论本实验对抛光锌和腐蚀锌在0.05MNaCl溶液的极化行为得到如下结论：CompanyLogoCompanyLOGOwww.themegallery.com