Grundlegende Untersuchungen zur elektrochemischen Abscheidung der Refraktärmetalle Titan und Vanadium aus Ionischen Flüssigkeiten

Wu, Qiong GND

Refraktärmetalle zeichnen sich durch sehr hohe Schmelzpunkte aus Aufgrund ihrer vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten sind galvanische Beschichtungen von Bauteilen mit Refraktärmetallen von sehr großem Interesse. I hre Abscheidung aus der Schmelze ist teilweise möglich Die hohen Kosten, die schwierige Handhabung und die hohe Korrosivität der Schmel zen sind von großem Nachteil. Titan und Vanadium können nicht aus wässr iger Lösung abgeschieden werden, da aufgrund der thermodynamischen Daten die Abscheidung nur bei negativeren Potentialen als der Bildung von Wasserstoff in wässrigen Lösungen elektroche misch möglich wäre. Darüber hinaus oxidieren diese Metalle umgehend in Wasser. Ionische Flüssigkeiten ( weisen eine weite elektrochemische Stabilität (elektrochemisches Fenster) auf und können wasserfrei verwendet werden. Daher sind ILs für Systeme zur Titan und Vanadiumabscheidung eine interessante Alternative zu wässrigen und organischen Elektrolyten. Im Rahm e n diese r Arbeit wu rde die Titanabscheidung aus der IL 1 Butyl 1 methylpyrrolidinium bis(trifluormethylsulfonyl)amid (([Py 1,4 ]TFSA mit TiCl 4 als Ti Präkursor untersucht. Es konnte auf Gold kein elementares Titan abgeschieden werden. Raman Spektroskopie zeigte eine starke Wechselwirkung zwischen TiCl 4 und dem TFSA Anion. Diese Komplexe könnten die Ursache sein, dass eine Titanabscheidung aus TiCl 4 verhindert wird Da GaCl 3 Abscheidungsprozesse beeinflussen kann , wurde GaCl 3 als Additiv bei der Abscheidung von Titan mit Ti(C 5 H 5 2 ( 2 bzw. Ti(OC 3 H 8 4 als Ti Präkursor in 1 Butyl 1 methylpyrrolidinium trifluormethansulfonat (([Py 1,4 ]TfO näher untersucht. Die Abscheidung aus Ti(OC 3 H 8 4 in [Py 1,4 ]TfO mit GaCl 3 als Additiv hatte eine blumenkohlartige mikrokristalline Struktur. Die Röntgendiffraktometrie XRD Ergebnisse zeigten, dass sich in diesen System en Titan Gallium Legierungen gebildet haben. Zur Vanadiumabscheidung aus ILs wurden grundlegende elektrochemische Versuche mit V(C 5 H 5 2 Cl 2 als V Präkursor in [Py 1,4 ]TFSA Die Abscheidun g auf Kupfer bei Raumtemperatur wies einen großen Anteil von Kohlenstoff auf. Die Abscheidungen aus 1 Propyl 1 methylpyrrolidinium bis(trifluormethylsulfonyl)amid ( ([Py 1,3 ]TFSA enthielten deutlich weniger Kohlenstoff und mehr Vanadium als die Abscheidungen aus [Py 1,4 ]TFSA. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Ionische Flüssigkeit [Py 1,3 ]TFSA ein größeres elektrochemisches Fenster und somit eine höhere elektrochemische Stabilität für die Abscheidung von Vanadium aufweist. Die Röntgenphotoelektronenspektroskopie XPS Ergebnisse zeigten eine C V Bindung, was auf die Bildung von Vanadiumcarbid hinweist und auch mit den XRD Ergebnisse n in Einklang steht

Refractory metals are characterized by very high melting points. Due to their numerous applications, galvanic coatings of components with refractory metals are of great interest. The high costs, the difficult handling and high corrosivity of the melts are a great disadvantage. Titanium and vanadium cannot be deposited from aqueous solution due to the ir thermodynamic properties. An electrochemical deposition would only be possible at more negative potentials than the formation of hydrogen in aqueous solutions. In addition, these metals oxidize immediately in water. Ionic liquids (ILs) have a wide electrochemical stability (electrochemical window) and can be used under an hydrous conditions . Therefore, ILs are an interesting alternative to aqueous and organic electrolytes for the electrochemical deposition of titanium and vanadium. In scope of this work the titanium deposition from the IL 1 butyl 1 methylpyrrolidinium bis(t rifluoromethylsulfonyl)amide ([Py 1,4 ]TFSA) with TiCl 4 as Ti precursor was investigated. No elemental titanium could be deposited on gold. Raman spectroscopy showed a strong interaction between TiCl 4 and the TFSA anion. These complexes could be the cause th at prevents titanium deposition from TiCl 4 . Since GaCl 3 can influence deposition processes, GaCl 3 was used as an additive in the deposition of titanium with Ti(C 5 H 5 2 ( 2 and Ti(OC 3 H 8 4 as Ti precursors in 1 butyl 1 methylpyrrolidinium trifluoromethanesu lfonate ([Py 1,4 ]TfO). The deposition from Ti(OC 3 H 8 4 in [Py 1,4 ]TfO with GaCl 3 as an additive had a cauliflower like microcrystalline structure. The X ray diffraction (XRD) results showed that titanium gallium alloys were formed in these systems. F or vanadium deposition from ILs fundamental electrochemical experiments were performed with V(C 5 H 5 2 Cl 2 as V precursor in [Py 1,4 TFSA. The deposition on copper at room temperature had a large proportion of carbon. Deposits from 1 p ropyl 1 methylpyrrolidinium bis(trifluoromethylsulfonyl) amide ([Py 1,3 TFSA) contained significantly less carbon and more vanadium than the deposits from [Py 1,4 ]TFSA. This is due to a larger electrochemical window of the ionic liquid [Py 1,3 TFSA and thus higher electrochemical stability for the deposition of vanadium. The X ray photoelectron spectroscopy (XPS) results showed a C V bond, indicating the formation of vanadium carbide , and XRD show ed the same results

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Wu, Qiong: Grundlegende Untersuchungen zur elektrochemischen Abscheidung der Refraktärmetalle Titan und Vanadium aus Ionischen Flüssigkeiten. 2019.

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