用化学镀法制备钯银膜图解
致密Pd及Pd合金膜对H2具有选择渗透性能, 并对众多涉氢反应具有催化性能,所以在氢分离、提纯和涉氢膜反应领域拥有广阔的应用前景. 与Pd膜相比, Ag原子含量约23%的PdAg合金膜不仅能显著降低金属氢化相的相变温度或避免β氢化相出现, 而且还具有更高的单位透氢量和机械强度. 因此, PdAg合金膜的研究备受关注. 然而, 在制备PdAg合金膜时, 如何将Ag含量控制在23%左右一直没有得到有效的解决,除合金冷轧法外, 包括化学镀在内的其他制备方法并不能精确地控制组成; 而冷轧法所得膜厚都在近百微米以上, 既不经济又不能提供高单位透氢量. 因此, 对应用广泛的化学镀方法的沉积规律进行深入研究, 为PdAg合金膜的组成控制提供可行的方法是PdAg合金膜研究的一个现实要求.
人们已从镀液组成及外部条件等方面系统地研究了化学镀Pd的沉积动力学及其对膜层微观结构和渗透性能的影响. 众多实践证明了化学镀Pd的肼基镀液的稳定性和镀膜实验的高重复性. 目前, 多孔载体的表面修饰技术的发展使得致密Pd膜的厚度降至2μm左右. 因此, 考虑到膜层机械性能等方面的要求, 化学镀Pd的重点是在保证致密性的同时实现镀层厚度的精确可控. 这对于化学分层镀制备PdAg,PdCu或PdAgM等双/多相合金膜尤为重要, 因为膜厚的控制是实现合金组成精确控制的一个要素. 如果能再实现化学镀Ag的膜厚可控, 就可以利用化学镀方法制备组成可控的PdAg合金膜. 尽管根据Pd和Ag的镀速变化规律能够估算到达一定膜厚所需的时间, 但对于不同的反应体系, 特别是载体的表面形貌、活化程度和搅拌强度等随机变量都会明显影响估测值的准确性.
中国科学院大连化学物理研究所徐恒泳等人研究了不同Pd2+含量的镀液在多孔陶瓷载体上的化学沉积规律, 发现当Pd沉积层厚度达到约5μm后, 即使镀液中反应物的消耗比例很小, 膜厚增长也明显变缓, 沉积反应主要受膜层表面的催化活性位控制; 当镀液中Pd2+含量只能沉积形成小于4μm的Pd膜时, 在323K化学镀180min 后, 镀液中Pd2+的转化率高于90%. 与之相似, 当Ag镀液中的Ag+含量等于0.5~2μm的Ag膜层所需量时, 在333 K化学镀120min 后, Ag+的转化率可达95%. Ag+的高转化率与Ag颗粒的择向生长特性有关. 根据Pd和Ag的化学镀沉积规律, 通过调节镀液中金属离子的含量能够预先设计和精确控制超薄Pd/Ag膜的膜厚和组成。