Evolution of Nanostructured Materials Produced by Separate Electrochemical Oxidation of Copper and Aluminum

Abstract

This paper covers the results of the composition and structure evolution of nanostructured materials produced by separate electrochemical oxidation of metals (copper and aluminum). The electrolysis products after short-term and long-term aging were characterized by XRD (X‑ray diffraction) and DSC (differential scanning calorimetry) analysis. There is the difference in aging of nanostructures of copper- and aluminum-compounds. Short-term aging results in the phase transformation of copper (I) oxide and the stability of aluminum oxyhydroxide (boehmite). Copper (I) oxide is oxidized to copper (II) oxide and copper carbonate hydroxide. At long-term aging the oxidation of copper (I) oxide does not completed because the Pilling–Bedworth ratio for copper (II) oxide, copper carbonate hydroxide is greater than one. The structure of all copper-containing compounds (copper (I) oxide, copper (II) oxide, copper carbonate hydroxide) is changed. It results in the increases of both the interplanar spacing and the temperature of the phase transformations. Coherent scattering region (CSR) of boehmite and copper (I) oxide are 3–4 nm and 20–30 nm, respectively, and does not change at short-term and long-term aging

В работе представлены результаты исследования эволюции состава и структуры наноструктурированных материалов, полученных при раздельном электрохимическом окислении металлов (медь и алюминий). Продукты электролиза после кратковременного и длительного старения охарактеризованы методами РФА (рентгенофазовый анализ) и ДСК (дифференциальная сканирующая калориметрия). Установлено различие в старении наноструктур соединений меди и алюминия. Кратковременное старение приводит к фазовому превращению оксида меди (I) и стабильности оксигидроксида алюминия (бемита). Оксид меди (I) окисляется до оксида меди (II) и основного карбоната меди. При длительном старении оксида меди (I) окисление происходит не полностью, так как отношения Пиллинга-Бедворта для оксида меди (II) и гидроксида карбоната меди больше единицы. Структура всех медьсодержащих соединений (оксид меди (I), оксид меди (II), гидроксид карбоната меди) изменяется. Это приводит к увеличению как межплоскостных расстояний, так и температуры фазовых превращений. Область когерентного рассеяния (ОКР) бемита и оксида меди (I) составляет 3–4 нм и 20–30 нм, соответственно, и не изменяется при кратковременном и длительном старении