金属学报(中文版)  2018 , 54 (1): 109-117 https://doi.org/10.11900/0412.1961.2017.00196

Orginal Article

一步电沉积法制备超疏水Cu网及其耐腐蚀和油水分离性能

赵婷婷, 康志新, 马夏雨

华南理工大学机械与汽车工程学院 国家金属材料近净成形工程技术研究中心 广东省金属新材料制备与成形重点实验室 广州 510640

Fabricating Superhydrophobic Copper Meshes by One-Step Electrodeposition Method and Its Anti-Corrosion and Oil-Water Separation Abilities

ZHAO Tingting, KANG Zhixin, MA Xiayu

Guangdong Key Laboratory for Advanced Metallic Materials Processing, National Engineering Research Center of Near-Net-Shape Forming for Metallic Materials, School of Mechanical and Automotive Engineering, South China University of Technology, Guangzhou 510640, China

中图分类号:  TG178

通讯作者:  通讯作者 康志新,zxkang@scut.edu.cn,主要从事金属材料的表面工程研究

收稿日期: 2017-05-24

网络出版日期:  2018-01-22

版权声明:  2018 《金属学报》编辑部 《金属学报》编辑部

基金资助:  广东省自然科学基金项目No.2015A030313219和广州市科技计划项目科学研究专项No.201510010155

作者简介:

作者简介 康志新,男,1962年生,教授

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摘要

用一步电沉积法在Cu网表面制得超疏水膜层,并用FE-SEM、接触角测量仪、EDS、FTIR和XPS表征膜层的形貌、浸润性和化学成分,研究工艺参数对膜层微观结构和浸润性的影响。结果表明,在30 V电压下反应10 min,得到的Cu网表面均匀覆盖着由纳米片聚集成的微米胞,成分为Cu[CH3(CH2)12COO]2,接触角达到最大值156.2°,滚动角低至1°。用动电位极化曲线和油水分离装置分析试样的耐腐蚀和油水分离性能,结果表明,超疏水膜层将基体的腐蚀电流密度从1.50×10-5 A/cm2减小到4.77×10-9 A/cm2,降低约3个数量级,腐蚀电压从-0.177 V提高到-0.141 V。油水分离实验表明,超疏水Cu网经5次循环利用后,油水分离效率仍在95%以上,显示出良好的油水分离能力和循环使用性能。

关键词: 一步电沉积法,黄铜网,超疏水,耐腐蚀,油水分离

Abstract

Special wettability includes superhydrophobic, superhydrophilic, superoleophobic and superoleophilic etc. The superhydrophobic surfaces are governed by the surface chemistry and unique micro/nanostructures. Up to now, numerous methods have been reported in constructing superhydrophobic surfaces including chemical vapor deposition, chemical etching, hydrothermal, sol-gel and so on. Preparing superhydrophobic films on metal surfaces is an effective way to improve the anti-corrosion property of metal substrates. In addition, superhydrophobic films can be used to oil-water separation. In this work, a one-step electrodeposition was applied to prepare superhydrophobic surfaces on copper meshes. The morphology, wettability and chemical composition of the prepared films were characterized by SEM, optical contact angle meter, EDS, FTIR and XPS. The results showed that the surface on copper meshes obtained at 30 V with 10 min was uniformly covered by microcells aggregated by nanosheets. The surfaces of the copper meshes were composed of copper myristate (Cu[CH3(CH2)12COO]2) and reach the maximum contact angle of 156.2° with the rolling angle as low as 1°. The potentiodynamic polarization curves were utilized to analyze the corrosion resistance, which demonstrated that corrosion current densities of the superhydrophobic film was 4.77×10-9 A/cm2, decreased by more than 3 orders of magnitude, and the corrosion potential was 0.036 V more positive compared with the copper substrate. Moreover,the oil-water separation tests showed that the separation efficiency of the film after reused for 5 times maintained above 95%, exhibiting excellent oil-water property and recycle capability.

Keywords: one-step electrodeposition ; copper mesh ; superhydrophobic ; anti-corrosion ; oil-water separation

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赵婷婷, 康志新, 马夏雨. 一步电沉积法制备超疏水Cu网及其耐腐蚀和油水分离性能[J]. 金属学报(中文版), 2018, 54(1): 109-117 https://doi.org/10.11900/0412.1961.2017.00196

ZHAO Tingting, KANG Zhixin, MA Xiayu. Fabricating Superhydrophobic Copper Meshes by One-Step Electrodeposition Method and Its Anti-Corrosion and Oil-Water Separation Abilities[J]. Acta Metallurgica Sinica, 2018, 54(1): 109-117 https://doi.org/10.11900/0412.1961.2017.00196

Cu及其合金具有优良的可加工性、导电性、导热性和延展性,Cu网是将Cu材料加工成丝再编织成不同孔径的网,是目前应用最为广泛的金属网之一[1]。然而,Cu材料在实际使用过程中易发生腐蚀、表面结霜、结冰等问题。超疏水表面是指对水滴接触角大于150°的表面,通常水滴在这类表面呈球状,可自由“穿梭”于灰尘等污染物之间,最后在重力作用下“带着”污物离开表面,呈现自清洁性[2,3]。此外,超疏水膜层可改变材料表面的浸润性,从原本亲水的Cu表面变成超疏水,即从与水滴的直接接触变成固-液-气三相复合接触,减少金属与液体的直接接触面积,从而降低原电池的形成几率,提高材料的耐腐蚀性能[4~6]。由于一般有机液体的表面张力小于水,超疏水表面呈现亲油现象,根据Wenzel理论[7]可知,粗糙结构对润湿行为具有放大的作用,从而实现超疏水超亲油性,赋予Cu网过油阻水的性能,可应用于油水分离领域[8,9]

Wang等[10]通过一种高效环保的浸入法制备出超疏水Cu网,其油水分离效率可达92%以上,并可用于分离多种不同种类的油;Kong等[11]用一种简单的水溶液浸渍法在商业磷铜网上制备出高密度的Cu2O纳米棒,其油水分离效率高达96%,并可在4 min内分离多种油水混合物。

Cu网表面超疏水膜层的制备方法有热氧化[12]、自组装[13]、水热法[14]、化学刻蚀[15]和电沉积[16]等,制备途径虽然较多,但大多较为繁琐,制备流程较长,涉及对环境有害的物质。电沉积具有操作简便、易实现、可重复性好、可大面积制备等优点,被广泛应用于制备特殊浸润性膜层[17~20]。其中一步电沉积法可在构造粗糙结构的同时生成低表面能物质,从而在基体表面快速制备超疏水膜层[21,22]

本工作利用一步电沉积法在Cu网表面快速制备超疏水膜层,制备过程如图1所示。通过改变电沉积的时间和电压研究制备参数与膜层形貌及浸润性的关系,确定最佳制备参数,测试研究最优参数下超疏水膜层的耐腐蚀和油水分离性能。

图1   Cu表面超疏水膜层制备过程示意图

Fig.1   Schematic of the fabrication of a superhydrophobic film on Cu meshes

1 实验方法

实验所用基体材料为筛孔尺寸0.1 mm的黄铜网(Cu66Zn34),将原始Cu网裁剪成50 mm×30 mm×5 mm试样。将基体材料先置于0.1 mol/L HCl中清洗5 min,以去除表面氧化物和其它杂质。随后浸没于丙酮溶液清洗5 min,以清除表面油污,取出后用酒精冲洗。实验所用Pt片(尺寸为50 mm×30 mm×2 mm)用丙酮处理2 min,随后用去离子水冲洗。上述所有清洗过程均在超声清洗仪中进行,每次清洗后均用吹风机吹干待用。

电沉积液为Cu(NO3)2和十四酸(CH3(CH2)12-COOH)的乙醇溶液,先将0.01 mol/L Cu(NO3)23H2O溶解于乙醇溶液中,然后加入十四酸至0.2 mol/L,把溶液放进超声清洗仪中加速颗粒溶解,直至形成蓝色的澄清液体。将清洗过的Cu网作为阴极,Pt片作为阳极放入沉积液中,两极间距4 cm,直流电源,恒定电压,先调整好电压大小,后接通电源。为了揭示沉积时间和电压与所制备膜层的微观形貌和浸润性之间的关系,采用控制变量法固定电压改变时间或控制时间调整电压,试样取出后用酒精彻底冲洗干净,吹干。实验所用试剂均为分析纯,去离子水为实验室自制。

在室温下采用OCA35动态接触角测量仪对不同电压下制得的样品进行测试,所用液滴(蒸馏水、橄榄油、苯、甲苯)体积为5 μL,其中疏水接触角所用液体为蒸馏水,亲油接触角的为油和有机溶剂。制备的所有试样均选取3个不同位置进行测试,最终接触角为3个接触角的平均值,取3个滚动角中的最大值作为最终滚动角。采用配有能谱仪(EDS)的Nova NanoSEM 430型扫描电镜(SEM)观察膜层的表面形貌和微观结构,用VERTEX 70型Fourier变换红外光谱仪(FTIR)分析膜层中化学官能团,用Axis Ultra X射线光电子能谱(XPS)测试膜层中物质组成元素的键能。

采用IM6ex电化学工作站测试超疏水膜层和基体的动电位极化曲线,以分析试样的耐腐蚀性,测量范围为-500~500 mV,扫描速率5 mV/s。试样作为工作电极,Pt片作为对电极,饱和银/氯化银(Ag/AgCl/satd. KCl)电极为参比电极,在3.5%NaCl水溶液中进行测试。测试前,将装置先静置30 min,以稳定开路电位。

2 实验结果与分析

2.1 沉积时间对膜层微观结构和浸润性的影响

固定沉积电压为30 V,沉积时间范围为1~15 min,膜层微观形貌如图2所示。当沉积时间为1 min时,由于反应时间太短,阴极表面较为光滑,无明显沉积物生成,如图2a所示,其放大图2f显示网丝上仅有少量物质产生。随着时间的延长,沉积物的量越来越多,沉积4 min后,网表面粗糙结构增多(图2b),少数区域有聚集的沉积物生成,图2g表明网丝上的粗糙结构为纳米片状结构,较为均匀地分布在网表面。反应时间增加到7 min时,网丝上的沉积物明显增多(图2c),且部分聚集成微米结构,图2h显示纳米片均匀覆盖于网表面,部分聚集成微米簇,直径约为5 μm。当沉积时间延长至10 min,网表面被微米胞状结构覆盖(图2d),直径约为15 μm,完全包裹网丝,图2i显示微米胞由密集生长的纳米片组成,结构致密,这种微纳米复合结构可以储存大量空气,当表面与液滴接触时,空气滞留于固液接触面,减少液滴与网表面的接触面积从而增大接触角。反应时间继续增加,均匀分布的纳米片和包裹网丝的微米级鼓包进一步生长,当超过一定尺寸和质量时,沉积物脱离网表面,沉积至15 min时,部分微纳结构脱离表面(图2e),裸露出光滑的基体,表面均匀性被破坏,图2j显示纳米片分布更为密集,由于反应时间较长,后生成的纳米片聚集成直径约10 μm的团簇,微米簇继续聚集长大可能导致沉积物脱离网表面。

图2可以看出,反应时间对膜层微观结构的影响较大。30 V电压下,沉积时间对膜层接触角和滚动角的影响如图3所示。反应进行1 min时,网表面接触角为142.1°±1.5°,滚动角为8°,没有实现超疏水效果。随着时间的延长,沉积物的量越来越多,当沉积时间为4 min时,其表面蒸馏水的接触角达到151.9°±1.2°,滚动角为5°,获得超疏水性能。当反应时间为7 min时,试样接触角为153.2°±0.8°,滚动角为3°。随着沉积时间进一步增加,网表面所生成的纳米片状结构也增多,聚集成微米胞状结构,在膜层上聚集成微纳复合结构,可以捕获大量空气,减少液滴与网面的接触,进而增大接触角,当沉积时间为10 min时,膜层的接触角达到最大值156.2°±1.5°,滚动角低至1°。时间延长至15 min时,表面生长的纳米片更加密集,聚集成的微米团簇部分脱离网面,接触角减小至154.1°±1.7°,滚动角为2°。结合上述分析,10 min为最佳沉积时间,此时膜层均匀覆盖着由纳米片聚集而成的微米胞状结构,接触角达到最大值。

图2   沉积电压为30 V时,不同沉积时间下膜层表面形貌SEM像

Fig.2   Low (a~e) and high (f~j) magnified surface SEM images of the as-prepared films obtained with different electrodeposition time at 30 V
(a, f) 1 min (b, g) 4 min (c, h) 7 min (d, i) 10 min (e, j) 15 min

图3   电压为30 V时不同的沉积时间下膜层的接触角和滚动角

Fig.3   Water contact angles and sliding angles of the as-prepared films obtained with different electrodeposition time at 30 V

2.2 沉积电压对膜层形貌和浸润性的影响

固定沉积时间为10 min,电压变化范围为10~50 V,沉积膜层的表面形貌如图4所示。当电压为10 V时,网表面均匀覆盖着粗糙结构,部分区域有微米级片状结构生成,如图4a所示,其放大图4f显示,网丝上均匀排列着纳米片,这些生长在网丝上的纳米片构成粗糙结构。沉积电压的强弱影响沉积液中电场的强弱,进而影响带电离子的运动和反应,电压越大,离子的迁移越容易,从而促进反应的顺利进行。当电压增至20 V时,网丝上的沉积物明显增多,粗糙结构更加明显(图4b),图4g显示纳米片的生长更为密集,且有微米级片状结构生成,部分微米片相互堆积,形成微米簇。沉积电压为30 V时,表面均匀分布着微米级胞状结构,直径约为15 μm,部分区域有微米片生成(图4c),图4h显示微米胞由密集生长的纳米片组成,这些片状结构均匀分布在网丝表面,组成微纳米复合结构。当电压继续增加至40 V时,如图4d所示,部分微米凸出结构发生破损开裂,网表面起伏不平,此时纳米片的分布更加均匀密集,同时片状结构的尺寸更小(图4i),结构被破坏的原因可能是在较大电压下,反应速率较快导致沉积物的量过多,后沉积的物质远离网面结合力较差,最终导致凸出结构被破坏。此后在相同的反应时间下继续增大电压可能会导致原本沉积于网表面的沉积物被破坏,露出基体(图4e),在50 V电压下反应从一开始就很剧烈,反应物快速沉积于网面,随着反应的继续进行,如图4j所示,纳米片越长越多,所聚集而成的微米级结构的尺寸也越来越大,在处于动态平衡的电沉积装置中离网面较远的物质可能将脱落,破坏表面结构。

图4   不同沉积电压下沉积10 min时膜层表面形貌SEM像

Fig.4   Low (a~e) and high (f~j) magnified surface SEM images of the films obtained at different electrodeposition voltages for 10 min
(a, f) 10 V (b, g) 20 V (c, h) 30 V (d, i) 40 V (e, j) 50 V

固定沉积时间10 min,测量不同沉积电压下试样的接触角和滚动角,以分析电压对膜层浸润性的影响,结果如图5所示。当沉积液电压为10 V时,膜层表面接触角为151.4°±1.7°,滚动角为5°,具有超疏水性能。沉积电压增加至20 V时,接触角增加到153.9°±1.9°,滚动角为3°,表现为较好的超疏水性。随着电压的升高,沉积液中离子的迁移和反应的剧烈程度增加,在沉积物的量增多的同时纳米片变得更加细小。电压增大至30 V时,膜层接触角达到最大值156.2°±1.5°,滚动角为1°。当电压进一步增加时,网表面生成的纳米片和微米级胞状结构数量进一步增多,同时胞状结构的尺寸增大,远离基体的沉积物由于结合力较差将发生破裂,当沉积电压为40 V时,沉积物发生破损开裂,膜层接触角减小至152.3°±1.5°,滚动角增加至4°。沉积电压进一步增加至50 V时,网表面的膜层发生大面积破损脱落,露出基体表面,此时膜层接触角为151.2°±1.7°,滚动角为6°,仍然保持超疏水性。结合上述分析可知,沉积时间10 min和沉积电压30 V为制备膜层的最佳反应条件,所获得的蒸馏水接触角和滚动角如图6所示,此时超疏水Cu网对油的接触角均为0°,表现超亲油性。实验中用于分析的超疏水试样均在最佳反应参数下制备。

图5   在不同电压下沉积10 min时膜层的接触角和滚动角

Fig.5   Water conatact angles and sliding angles of the as-prepared films obtained azat different electrodeposition voltages for 10 min

图6   在30 V电压下沉积10 min时水滴接触角和滚动角图

Fig.6   Images of water contact angle (a) and slide angle (b) at 30 V for 10 min

2.3 超疏水特性分析

金属材料表面由于表面能较高一般呈亲水性,在金属表面制备超疏水膜层必须制备低表面能膜层,通过上述分析可知,30 V电压下沉积10 min的试样表面均匀覆盖着直径约为15 μm的胞状结构,且微米胞由密集生长的纳米片组成,形成微纳复合结构,这种粗糙结构可以储存大量空气。由Cassie-Baxter方程[23]

cosθ=f1cosθ0-f2(1)

可知,膜层表面微观结构中捕获的空气可以增大液滴在膜层表面的接触角。式中,θ表示液滴在实际粗糙表面上的接触角,θ0为液滴在理想表面上的接触角,f1为与液相接触面中固体表面所占面积分数,f2为空气所占面积分数,f1+f2=1。从式(1)可以看出,当水滴从与固体的直接接触变成与固体和气体的复合式接触时,接触角将变大,且直接接触的面积比f1变小即空气占比f2增大时,θ将进一步增加。十四酸在光滑的固体表面上的接触角约为109°,θ0可理想化取值为109°[24,25]。最佳制备参数下膜层的接触角为156.2°,代入式(1),可得f1为12.6%,即空气所占面积比为87.4%,说明膜层表面均匀包裹的由纳米片组成的微米级胞状结构能够捕获大量空气,当液滴与表面接触时粗糙结构中的空气将被滞留,形成固-液-气三相复合接触,增大膜层接触角的同时也降低了膜层的滚动角。

2.4 超疏水膜层的化学成分

30 V电压下反应10 min得到的黄铜网具有超疏水性,与水滴接触时固体表面的面积占比仅为12.6%。固体表面的浸润性取决于表面微观结构和化学组成,在粗糙结构上修饰低表面能物质和在低表面能物质上构造粗糙结构为制备超疏水表面的2种途径,网表面经过电沉积获得了具有微纳复合结构的超疏水膜层,采用EDS、FTIR和XPS对膜层进行分析,结果如图7~9所示。从图7可以看出,膜层主要由Cu、C和O元素组成。

图7   超疏水膜层的EDS

Fig.7   EDS of the superhydrophobic film

图8可以看出,十四酸图谱高频段中出现在2955、2915和2850 cm-1的峰对应着甲基和亚甲基的伸缩振动峰,超疏水膜层在2956、2916和2849 cm-1也出现了相应的峰,推测Cu网表面有长链烷基存在[24]。十四酸中羧基(—COOH)的振动峰出现在1702 cm-1,此峰在超疏水膜层中消失,低频段有2个新的峰在1585和1445 cm-1产生,这2个峰对应羧酸根(—COO)的振动,推断Cu网表面有长链的羧酸盐生成。

图8   超疏水膜层和十四酸的FTIR谱

Fig.8   FTIR spectra of the superhydrophobic film and myristic acid

图9为超疏水膜层的XPS谱,在30 V电压下沉积10 min后表面生成超疏水膜层,从全谱图9a可知膜层由Cu、C和O组成。深入分析超疏水膜层的化学组成,对C1s和O1s的精细图谱进行了分峰拟合。C1s的精谱显示(图9b),由3个峰组成,其中位于284.8 eV的峰位为亚甲基(—CH2)的结合能,285.8 eV处的峰位对应甲基(—CH3)的结合能,位于288.6 eV处的峰对应羧酸根(—O—C=O)的峰。图9c表明,O1s精谱可分为2个峰,位于530.6 eV的峰对应 —O—C的峰,532.0 eV处的峰对应C=O峰[26]。通过上述分析可以推断,超疏水膜层上有低表面能物质十四酸铜(Cu[CH3(CH2)12COO]2)生成。

图9   沉积10 min、沉积电压30 V时超疏水膜层的XPS全谱、C1s和O1s谱

Fig.9   XPS survey spectrum (a), C1s (b) and O1s (c) of the superhydrophobic flim at 30 V for 10 min

图10   电沉积原理示意图

Fig.10   Schematic of the electrodeposition principle

从上述分析可知,在30 V电压下沉积10 min后,Cu网表面生成具有粗糙结构的低表面能物质十四酸铜,使Cu网从亲水变成超疏水,电沉积过程影响试样表面的微观结构和浸润性,沉积原理如图10所示。清洗过的Cu网作阴极,Pt片作阳极,在Cu(NO3)2和十四酸的乙醇溶液中进行沉积。当沉积装置通电时,带正电的Cu2+在电场作用下向阴极运动,阴极附近的Cu2+与十四酸反应生成十四酸铜和H+ (式(2)),游离的H+在阴极处得到电子产生H2 (式(3)),十四酸铜的溶解度达到饱和后开始在阴极上沉积,沉积过程中H2的逸出有利于沉积物产生粗糙结构,最终在阴极表面生成具有微纳复合结构的十四酸铜,使试样具有超疏水性能[27]。沉积过程中发生的反应如下:

Cu2++2CH3(CH2)12COOHCu[CH3CH2)12COO]2+2H+(2)

2H++2e-H2(3)

2.5 超疏水膜层的耐腐蚀及油水分离性能

在金属表面制备超疏水膜层是一种有效提高材料耐腐蚀性的方法。Cu网基体和超疏水Cu网在3.5%NaCl溶液中的动电位极化曲线如图11所示,由极化曲线通过Tafel外推法可算出试样的腐蚀电位(Ecorr)和腐蚀电流密度(icorr)。结果显示,与基体相比,超疏水膜层在icorr减小的同时,Ecorr也得到提高,Ecorr从基体的-0.177 V提高到-0.141 V,icorr从1.50×10-5 A/cm2减小到4.77×10-9 A/cm2,降低了3个数量级,表明超疏水膜层显著提高了黄铜基体的耐腐蚀性能。

图11   Cu网基体和超疏水膜层在3.5%NaCl溶液中的动电位极化曲线

Fig.11   Potentiodynamic polarization curves of the Cu mesh and the superhydrophobic film in 3.5%NaCl solution (icorr — corrosion current density)

由于有机液体的表面张力一般小于水,因此疏水材料往往亲油,由Wenzel理论可知粗糙结构对材料表面的浸润性具有放大的功能,在微观结构的作用下超疏水表面可能表现超亲油性[28]。本实验用油水分离装置测试超疏水膜层的油水分离性能,把超疏水Cu网安装在可分离的2节玻璃管之间,随后用紧固装置固定。实验所用到的油或有机溶剂有汽油、甲苯、苯、正己烷、二氯甲烷和四氯化碳等,油用油红染成红色,水用亚甲基蓝染成蓝色,将25 mL油与25 mL水混合制备油水混合物。由于超疏水膜层亲油憎水,在重力油水分离装置中常被用来分离密度较大的油,但实验制备Cu网超疏水性能优异,也可用于分离轻油。图12所示为超疏水网分离水和二氯甲烷的过程图,由于二氯甲烷密度大于水,混合物被倒进装置时水相先接触分离材料,超疏水膜层将水相阻挡在网面上,当油相进入分离装置并与网面接触时油将快速渗透,油相和水相开始分离,直到油完全通过网面,水相仍被阻挡在网面上,显示良好的超疏水性能。分离过程从在装置中形成油水混合物到油相全部被分离用时约15 s。当分离轻油和水的混合物时,油相先接触Cu网并快速渗透,随后杯中的水在重力作用下进入装置,此时仍有部分油相在杯中,进入装置中的水在重力作用下靠近网表面,在超疏水Cu网的作用下水被阻隔在网面上方,在亲油性能的作用下油相被分离,从混合物开始接触网面到油相全部被分离用时约20 s。油水分离性能用分离效率(分离后油相的体积与分离前油相体积的比值)表示。重复油水分离实验表明,超疏水膜层在循环使用5次后分离效率仍保持在95%以上。实验所用黄铜网筛孔尺寸为0.1 mm,显然油水分离效率受网孔直径的影响,由于黄铜网的强度太低,分离过程中在重力作用下将产生较大变形,即网孔尺寸发生变化,无法准确分析网孔尺寸对油水分离性能的影响,因此选择强度较高的网状材料进行油水分离,分析膜层厚度、网孔直径和分离速度等参数对油水分离性能的影响将是今后研究的重点。

图12   油水分离过程图

Fig.12   Photographs before (a) and after (b) the oilwater separation process

3 结论

(1) 用一步电沉积法成功在黄铜网表面快速制得超疏水表面。固定沉积电压30 V,当沉积时间为10 min时,网面均匀覆盖着一层由纳米片聚集而成的微米胞状结构,构成微纳复合结构,接触角达到156.2°,滚动角低至1°;固定沉积时间为10 min,当电压为30 V时,纳米片聚集成微米级胞状结构,均匀包裹网面,接触角达到最大值156.2°,因此确定最佳电沉积条件为在30 V下沉积10 min。

(2) 一步电沉积法所制得的超疏水表面由十四酸铜(Cu[CH3(CH2)12COO]2)组成。电沉积装置开始通电时,Cu2+在电场力作用下向阴极运动,与阴极附近的十四酸反应生成十四酸铜和H+,随着反应的进行,十四酸铜开始在阴极表面沉积,同时H+得到电子生成H2,促进阴极表面粗糙结构的形成。

(3) Cu网基体和超疏水膜层在3.5%NaCl溶液中的动电位极化曲线说明超疏水膜层能显著降低腐蚀电流密度(超过3个数量级),同时提高腐蚀电位,从而保护基体不被腐蚀。

(4) 超疏水膜层能够有效地分离油水混合物,循环5次后膜层的油水分离效率仍然保持在95%以上。

The authors have declared that no competing interests exist.


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