化学镀的物理化学基础与实验设计

《化学镀的物理化学基础与实验设计》介绍了如何利用无机热力学数据库提取数据，绘制热力学参数状态图（包括电势-pH图）的原理与方法，化学镀沉积反应自由能的计算，以及化学镀的热力学条件分析；同时介绍了化学镀动力学的分析方法（包括建模和推导其数学表达式），并对动力学数据库给予简单说明，便于读者应用与查询。为使读者能具体应用指导实验，书中还针对可磨耗封严材料、化学电源材料以及隐身涂层等高技术材料的要求，运用基础理论设计化学镀的新体系以及相关的实验技术和方法。很后针对产业化的需求，突出介绍计算机优化技术（统计模式识别、人工神经网络、遗传算法以及网络化的人工神经网络-遗传算法等）的应用，并对相关工艺的参数进行了优化和工艺寻优。
《化学镀的物理化学基础与实验设计》可供化学化工、能源与环境、国防军工、材料科学、冶金等相关专业高年级学生、研究生以及科技人员参考。 

李钒，2007年获瑞典皇家工学院博士学位，现任北京工业大学环境与能源学院化学化工系副教授。从事物理化学教学与科研工作，主要研究方向为材料物理化学。目前承担了国家自然科学基金面上项目和北京市自然科学基金项目，以及参与北京市创新群体项目、北京市科委研究项目等。在靠前外刊物上发表学术论文30余篇，获省部级奖2项，授权国家发明专利6项。
夏定国，博士，北京大学工学院教授，博士生导师，中国化学学会会员。从事材料物理化学及环境电化学基础教学和科研工作。承担或完成了包括国家“863”、“973”课题，国家自然科学基金课题在内的国家与省部级课题20余项；申报批准国家发明专利20余项；获得国家与省部级科学技术与教学奖4项，在靠前外重要学术期刊发表学术论文百余篇，被“SCI”或“EI”收录近70篇。
王习东，博士，北京大学能源与资源工程系主任，教授／博士生导师，国家杰出青年科学基金获得者，入选“新世纪百千万人才工程”重量人选，主要从事资源利用与材料物理化学的教学、研究工作；承担或完成了包括国家杰出青年科学基金课题、国家“863”课题、国家攻关课题以及国家自然科学基金重点与面上课题在内的国家与省部级课题10余项，通过鉴定5项；申报国家发明专利30余项；获得国家与省部级科学技术奖6项；在靠前外重要学术期刊发表学术论文100余篇，被“SCI”收录60余篇；出版学术专著2部。 

1 化学镀的发展沿革及其应用
1.1 化学镀发展简史
1.2 化学镀金属在高新技术中的应用
1.2.1 化学镀金属在可磨耗封严装置中应用的背景
1.2.2 化学镀金属在化学电池中应用的背景
1.2.3 化学镀金属在吸波材料中应用的背景
参考文献

2 化学镀的热力学基础
2.1 无机热化学数据
2.2 无机热化学数据库的应用
2.2.1 热力学参数状态图绘制的原理
2.2.2 热力学参数状态图绘制方法
2.2.3 电势-pH图及其应用
2.3 联氨还原化学镀热力学计算的方法
2.3.1 联氨还原酒石酸根配合镍离子的热力学计算
2.3.2 联氨还原柠檬酸根配合镍离子的反应自由能计算
2.3.3 联氨还原镍氨配合体系化学镀的热力学计算
参考文献

3 化学镀的动力学分析
3.1 金属沉积动力学研究现状
3.2 化学镀的动力学机理
3.3 化学镀反应的动力学模型及其动力学表达式
3.3.1 “三段控速”动力学模型及其数学表达式
3.3.2 “扩大-缩小自催化沉积”动力学模型及其数学表达式
3.3.3 “半球面自催化沉积”动力学模型及其数学表达式
3.4 宏观反应动力学数据库系统
参考文献

4 化学镀金属的实验设计与材料制备
4.1 氨配合化学镀镍、钴体系的物理化学设计
4.1.1 氨配合体系化学镀镍的热力学分析
4.1.2 联氨还原酒石酸根配合镍离子Ni(T2-)的反应热力学分析
4.1.3 联氨还原柠檬酸根配合镍离子[Ni(Cit3-)]-的反应热力学分析
4.1.4 联氨还原氨配合钴离子反应的热力学分析
4.2 氨配合化学镀镍体系与传统化学镀液体系的比较
4.2.1 镀液中金属离子含量的动态分析方法
4.2.2 氨配合化学镀镍体系镀液与传统镀液的稳定性比较
4.3 化学镀法制备可磨耗封严材料
4.3.1 化学镀纯金属镍包覆氮化硼颗粒的小型实验
4.3.2 化学镀钴包覆氮化硼颗粒
4.3.3 化学镀镍包覆球形二氧化硅颗粒
4.3.4 化学镀金属包覆其他颗粒
4.4 化学镀法制备化学电池材料
4.4.1 镍氢电池材料——球形氢氧化镍表面化学镀钴修饰的正极材料
4.4.2 燃料电池电极材料负载催化剂
4.5 化学镀法制备纳米吸波材料探索
4.5.1 化学镀镍在吸波材料中的应用背景
4.5.2 化学镀法制备纳米镍颗粒一粘胶复合纤维的实验
……
5 化学镀工艺参数优化
附录 

    质子交换膜燃料电池（proton exchange membrane fuel cell，PEM-FC），具有能量转换效率高，燃料来源丰富，贮存与携带方便，安全可靠，有明确应用前景，备受世界各国关注。对使用甲醇燃料的质子交换膜燃料电池称为直接醇燃料电池（direct-methanol fuel cell，DM-FC）。目前靠前外都在研制电动汽车、小型电站、应急电源和不间断电源等，且已有示范工程。然而PEMFC还存在一些其大规模商业化应用的问题：一是目前使用的Nation质子交换膜的工作温度低（80℃），化学能利用不足，而对DMFC还有甲醇渗透导致电池的输出功率大幅度降低的问题；二是氧在阴极还原与水分子作用生成过氧化氢，对Nation质子交换膜和碳质载体产生严重腐蚀作用，降低催化性能和影响电池寿命；三是目前常用的Pt／C催化剂价格高，铂的资源有限，且存在碳质载体的腐蚀，Pt微颗粒的聚并长大催化性能下降问题。若把电池工作温度提高到中温（100℃以上），铂的热稳定性和抗腐蚀性能明显下降。为此，靠前外燃料电池材料研究领域关注的核心问题是：催化剂、催化剂载体、复合质子交换膜和双电极等新材料的研究和试制。
    近年来研究采用高性能的碳质载体，如碳纳米管、石墨化炭黑和富勒烯等，虽能大大降低碳质材料的腐蚀速率，但作为长时间使用的催化剂载体，还是未能从根本上解决其在长期启动-制动循环过程中的稳定性问题。也有研究采用氧化物（如TiO2、ZrO2、SnO2、CeO2和掺杂氧化物等氧化物）包覆碳质材料作为载体负载贵金属催化剂的研究。虽然氧化物具有很好的抗氧化性，能改善碳质的腐蚀速率，且有助催化性能可降低贵金属的用量，但依然没有从根本上解决载体的长时间稳定性问题。况且氧化物的电子导电性与碳质载体相比相差甚远，使电极催化剂的导电问题显现。人们期望能够用抗氧化性高于碳质材料，而电子导电性能与全碳质载体相当的氧化物载体替代目前的碳质载体，从根本上解决碳载体的腐蚀问题。众多氧化物中具有可与石墨化碳材料的室温电子电导率相比的Ti-O Magneli相材料成为备选材料之一。
    ……