电镀与表面精饰属于工业电化学范畴，它是一门古老的科学，有着悠久的历史，在国民经济的众多领域发挥了重要的作用. 然而，由于受到资源、环境等问题的困扰，近年来其发展受到了严格的限制. 但是，机械制造、电力电子、仪器仪表、航空航天等诸多重要行业都离不开电镀与表面精饰. 在此背景下，就迫切要求广大电镀工作者奋发图强，不懈努力，不断开发新技术、新工艺，以适应新需求，以缓解资源、环境等方面的压力. 电镀与表面精饰涉及的领域比较广泛，主要包括：电镀、化学镀、阳极氧化、磷化、钝化、电解加工等. 这些技术共同的发展方向是：（1）所获得的表面膜层性能更加优异，包括耐蚀性、耐磨性、导电性、可焊性、稳定性等多种性能；（2）所采用溶液的化学组成更加简单，其主要成分更加低毒、无毒，并且尽量用廉价的原材料替代稀贵材料；（3）工艺操作更加简单，维护管理更加方便；（4）尽量降低生产成本，减少电能、热能等的消耗；（5）环境更加友好，在生产过程中要尽量减少或抑制废水、废气或废渣的排放等. 近年来，电镀与表面精饰技术的相关研究得到了迅速发展. 除从绿色、环保等方面出发开展了三价铬电镀、无氰电镀、无铬钝化等新技术、新工艺的研究外，还开展了熔盐电沉积稀有金属及其合金、离子液体电沉积特殊功能材料等方面的研究；在研究方法方面，除采用传统的电化学测试技术和表面分析技术外，还将量化计算、分子动力学模拟方法等应用到电镀液组成优化和镀层性能预测中；电镀与表面精饰技术业已突破了传统的技术领域，其在功能材料、纳米材料制造中的应用也越来越广泛. 结合上述研究方向，本专辑刊出由国内本领域六位知名教授受邀撰写的介绍最新研究成果的相关论文. 其中包括：与电镀相关的“硫酸盐体系三价铬沉积机理及镀层表征”、“镀锡层上钛?鄄磷复合体系钝化膜的制备与表征”；与金属表面改性相关的“水热法制备铝合金超疏水表面及电化学性能研究”；与电沉积纳米材料相关的“玻碳材料脉冲电沉积纳米晶体镍的制备及其性能研究”、“激光刻蚀模板中电沉积特殊结构CIGS薄膜”；与离子液体电沉积相关的“镍离子对中磷镍基体氯化胆碱无氰浸金表面的改善”. 最后，对本专辑的所有作者、审稿人及编辑部工作人员的辛勤工作和付出表示由衷的感谢！
本文利用激光刻蚀模板，在水溶液中电沉积制备金属铜薄膜，讨论了温度、电流、硫酸铜浓度对薄膜形貌的影响. 采用SEM对制备的铜薄膜进行表征，结果表明在沉积温度为30 ℃，沉积电流为4 A·dm-2(表观工作电流密度)，硫酸铜浓度在20 ~ 50 g·L-1的水溶液中电沉积可以得到中空馒头状和开口碗状结构的铜薄膜. 利用激光刻蚀模板，在离子液体1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐([BMI][TfO]) - 30 Vol%丙醇混合电解质中电沉积CIGS薄膜，研究了沉积电势、沉积时间对薄膜形貌的影响. SEM观察发现，在沉积电势为-1.8 V，沉积时间为1.5 h条件下电沉积可以得到近似柱状的簇状花束样的CIGS薄膜， 电沉积铜后再进一步电沉积CIGS，得到了均匀有序的鼓包柱状结构的Cu/CIGS复合薄膜. 用恒电势方波法对制备的薄膜真实表面积进行测试，计算结果表明，与无模板电沉积制备的CIGS薄膜相比，激光刻蚀模板法制备的Cu/CIGS复合薄膜的表面积提高了约8倍.
在新研发的硫酸盐三价铬镀厚铬的镀液体系中, 运用线性扫描伏安法(LSV)和循环伏安法(CV)对三价铬在铜电极表面的电沉积过程进行研究, 并运用X射线荧光测厚仪、扫描电子显微镜(SEM)、X射线能量色散谱(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、显微硬度计和Tafel曲线表征铬镀层厚度、形貌、组成、结构、显微硬度及在3.5wt% NaCl溶液中的耐蚀性. 结果表明, 在该体系中三价铬的沉积过程分两步进行(Cr3+ + e → Cr2+ , Cr2+ + 2e → Cr), 第一步得到1个电子, 受电化学过程和扩散过程共同控制, 第二步得到2个电子, 为扩散控制下的不可逆过程; 该镀层为瘤状纳米晶结构, 镀层中含有少量的铁元素(1.10 wt%), 显微硬度达到789.2 Hv, 镀层在3.5wt% NaCl溶液中的腐蚀电位(Ecorr)为-0.29 V, 腐蚀电流密度(jcorr)为9.26×10-5 A·dm-2.
在金属表面构建超疏水膜层是一种有效的防腐技术，本文采用水热处理和自组装技术在铝合金表面构建了超疏水膜层来提升铝合金的耐蚀性能. 通过对不同水热时间下制备的铝合金超疏水表面的电化学性能以及表面形貌进行测试分析，发现当水热反应时间为6 h时，制备的超疏水铝合金超疏水性和电化学性能达到最佳，接触角能达到155.5o，在模拟海水溶液中保护效率能达到99.6%.
近年来，锂-空气电池由于具有极高的理论容量和对环境友好等优势，作为“终极电池”引起了广大科研工作者和电动汽车公司的极大兴趣和广泛关注. 但目前锂-空气电池还存在着充放电过电位大、循环性能差等局限性，寻找高效的锂-空气电池催化剂成为该领域发展的研究热点之一. 锂-空气电池阴极催化剂主要有贵金属、非贵金属、碳材料以及金属氧化物等，可通过多种方法合成制备，如水热(溶剂热)法、溶胶-凝胶法、共沉淀法、静电纺丝法等等. 其中，静电纺丝技术由于具有制备方法简易、高效且产量高等优点，近年来得到了长足的发展，可以用来大量制备锂-空气电池阴极催化剂，甚至制备自支撑结构的锂-空气电池阴极催化剂材料. 本文综述了静电纺丝技术在锂-空气电池上的应用，主要包括利用静电纺丝技术制备非贵金属催化剂、碳材料催化剂、金属氧化物催化剂和复合催化剂等，以及将制备的催化剂组装成锂-空气电池后表现出的优异的电池性能.
采用共沉淀—高温固相烧结的方法合成了富镍正极材料LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2(简称NCM622)，通过X射线粉末衍射（XRD）/Rietveld精修法、扫描电子显微镜（SEM）及电化学测试，对不同温度下合成材料的结构、形貌、电化学性能进行表征. 结果表明，800℃下，NCM622阳离子混排程度最低(~1.97%)，首圈库伦效率高达92.2%，100圈容量保持率为81.4%.
碳化钨是一种具有应用前景的电催化剂，本文尝试对碳化钨的非金属位进行氮掺杂，以钨酸钠为钨源，经由中间体氮化钨（WN），并在一氧化碳气体中进行渗碳后合成掺氮的碳化钨纳米片（WN|WC）. 通过扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）观测发现，WN|WC纳米片尺寸均匀，碳原子进入WN晶格中形成具有密排六方结构的WC晶相，并和WN的晶格条纹紧密联结而形成异质结构. X射线衍射（XRD）结果显示碳化后的样品中含有WN和WC两种晶型，XPS结果进一步表明WN|WC表面形成了WN和WC的异质结构. 为讨论氮元素掺杂对电催化性能的影响，本文通过微波辅助加热法负载少量铂制备Pt/WN|WC催化剂，并以甲醇氧化为指针反应，纯相碳化钨和商用铂碳材料（Pt/C）等为对比样，评价了Pt/WN|WC催化剂的电化学性能. 电化学测试表明，该催化剂甲醇氧化的电流密度是商业Pt/C的3倍，具有较高的交换电流密度和速率常数，且经过200周的循环伏安扫描后，正扫峰电位（Epf）和负扫峰电位（Epb）仍保持稳定，结果表明氮的掺杂改变了碳化钨表面的电子状态，形成了WN和WC的异质界面，有利于催化性能的提高.
采用溶胶-凝胶法得到前驱体，再通过固相烧结法制备10%钒改性碳包覆硅酸铁锂正极材料，系统考察了三种羧酸（即柠檬酸、乙酸、草酸）添加剂对10%钒改性碳包覆硅酸铁锂正极材料的相结构、表面形貌、界面特性和电化学性能的影响. 结果表明，三种羧酸添加剂制备的材料都能得到结晶性较好的P21和Pmn21混合相结构，主要杂质相为铁，此外还存在少量偏硅酸锂杂质. 以柠檬酸、乙酸、草酸为添加剂合成的10%钒改性碳包覆硅酸铁锂在0.1C倍率下的首次放电容量分别为144.7、140.3和168.7 mAh•g-1，最大容量分别为155.9、145.3和172.0 mAh•g-1出现在第7、15和2周，经50周循环后容量保持率分别为68.2%、76.7%和59.4%. 柠檬酸单位分子内含有三个羧酸根，以柠檬酸为添加剂合成的材料残留碳含量最高为7.8%，促进了铁杂质的形成，较大的电荷传质电阻(147 Ω)使得库伦效率较低，循环性能较差。相反，乙酸分子中只含有一个羧酸根，以乙酸为添加剂合成的材料中铁杂质相最少，电荷传质电阻(73 Ω) 最低，导致容量保持率最高，循环性能最好. 草酸分子中含有两个羧酸根，以草酸为添加剂合成的材料形成较大的花状形貌，得到合适的残留碳含量（6%），极大地提高了锂离子迁移率（3.85×10-15 cm2•s-1），从而取得超过一个锂离子（1.05）的脱嵌.
镍钴锰三元材料LiNixCoyMnzO2 (x + y + z = 1)在容量、倍率、循环及热稳定性等方面的性能往往受到金属元素Ni、Co、Mn含量的显著影响. 其中，增加元素Ni的含量有助于提高材料的比容量。因此，LiNi0.6Co0.2Mn 0.2O2（NCM622）和LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2（NCM811）成为了目前研究最为广泛的两款高镍三元正极材料. 但目前针对这两款材料的对比研究主要集中在材料比容量、热稳定性和循环稳定性的影响方面，而对材料动力学性能的研究较少，尤其是对材料本征动力学参数的表征尚未见报道. 本文采用单颗粒微电极技术，以粒径相同的 NCM622 和 NCM811 颗粒为研究对象，排除导电剂、粘结剂和电极结构的影响，从材料本征动力学性能评估的角度出发，分析了Ni元素的含量对这两款材料的充放电性能、交流阻抗谱、锂离子固相扩散系数和倍率放电性能等的影响. 结果表明，与 NCM622 相比，随着Ni2+和Ni3+总含量的增加，NCM811 表现出更高的充放电容量、锂离子固相扩散系数、电化学反应活性和倍率放电性能. 以 20 C 放电, NCM811 材料的放电容量保持率仍可达到80.8%以上.
以二苯基-1-甲基咪唑膦（dpim）为配体制备了一种新型的配合物催化剂Ni(dpim)2Cl2. 循环伏安研究表明，Ni(dpim)2Cl2配合物在氮气气氛下表现出两步还原的电化学行为，在-0.7 V下为两电子的不可逆还原，在-1.3 V下为单电子准可逆还原. 向电解液中通入CO2后，在-1.3 V下的还原峰变得不可逆，且其峰电流从0.48 mA·cm-2增大到0.55 mA·cm-2. 在质子源（CH3OH）存在的条件下，该还原峰电流可继续增大到0.72 mA·cm-2. 该研究结果表明，Ni(dpim)2Cl2配合物对CO2还原具有良好的电催化性能，且其电催化还原过程符合ECE机理. 在-1.3 V下恒电位电解得到的还原产物主要为CO，催化转换频率（Turnover of Frenquency, TOF）为0.17 s-1.
本文通过调节二乙烯三胺五甲叉膦酸酯（DTPMPA）与Zn2+浓度以及溶液的pH值，将冷轧钢板浸泡于含有DTPMPA和Zn2+的混合溶液中即可在基体表面形成颜色均匀且具优异腐蚀防护性能的DTPMPA-Zn2+化学转化膜. 使用 SEM 和 EDS 研究了DTPMPA-Zn2+转化膜的表面形貌和元素组成，利用FTIR和XPS光谱方法探究了化学转化膜的表面官能团、化学组分及官能团与基底的结合方式，进而通过电化学阻抗谱（EIS）和极化曲线方法探究了DTPMPA浓度及成膜溶液pH值对化学转化膜的耐蚀性能的影响. 研究发现，DTPMPA与Zn2+共存时，二者发生螯合反应，并以Zn2+为交联剂通过多层组装在冷轧钢基体表面形成外观为蓝色的、厚度较为均匀的DTPMPA-Zn2+螯合物薄膜. 当成膜溶液的 pH=3.0、DTPMPA浓度为0.2%（除特别指出外，全文浓度均为质量百分数）、Zn2+浓度为0.044%时，化学转化膜展现出最优异的防腐性能，对基体的腐蚀保护效率可达91.6%.
本文采用浸渍涂覆法成功制备出多孔Ti负载纳米Co3O4电催化膜电极（Co3O4/Ti），以该膜电极为阳极，辅助电极为阴极，构建电催化膜反应器（electrocatalytic membrane reactor,ECMR）用于可控催化氧化苯甲醇制备苯甲醛和苯甲酸，并考察了 Co3O4/Ti 膜电极结构、电化学性能以及ECMR不同操作参数对苯甲醇转化率、苯甲醛和苯甲酸选择性的影响. 结果表明，负载Co3O4纳米颗粒可以显著提高Ti膜电极的电化学性能和催化活性. 在常温常压下，当反应物苯甲醇浓度为10 mmol·L-1，pH为7.0，停留时间为5.0 min，电流密度为2.5 mA·cm-2，苯甲醇的转化率达到49.8%，苯甲醛选择性为51.5%，苯甲酸选择性为23.6%.
本文主要研究阴极脱氯协同阳极(多孔Ti/BDD 电极)电催化氧化对于对氯苯酚的电化学降解过程. 在有无阳离子交换膜电解槽体系下电化学降解对氯苯酚的实验结果表明，对氯苯酚的矿化主要在阳极区进行；无隔膜电解槽体系下，对氯苯酚在阴极还原形成的氯离子迁移到阳极，在阳极表面进一步生成了具有强催化氧化作用的活 性氯，与阳极产生的羟基自由基协同降解对氯苯酚；在阳离子交换膜电解槽体系下，阴极产生的氯离子难以通过阳离子膜迁移至阳极区，无隔膜电解槽呈现出更好的降解效率. 结合高效液相色谱技术确定阳极室的中间产物为对苯二酚、邻苯二酚、对苯醌和苯酚等，阴极室的主要产物是苯酚，并根据中间产物提出了对氯苯酚的降解路径.
本文制备了二氧化锰和聚苯胺碳的复合电级材料(MnO2-PAnC)，测试结果表明MnO2-PAnC材料为松散结构组成的纳米颗粒. MnO2-PAnC 材料的比电容最大可达459 F•g-1，MnO2-PAnC电极在较高的扫速下循环伏安曲线变形较小，表现出良好的可逆性. 交流阻抗测试结果表明，MnO2-PAnC 电极电荷传递电阻小，表面离子扩散速度快. 充放电500个循环后，MnO2-PAnC 电容的保持率仍高于60%. 以上实验结果表明，MnO2-PAnC 是很好的超级电容器的电极材料.
应用简单的刮涂法以及真空煅烧可制备出承载在铜箔表面的二氧化钼-碳（MoO2-C）复合涂层，并对样品的形貌、成分、结构和电化学性能进行分析.结果表明，该复合涂层由单斜结构的MoO2纳米粒子和无定形碳组成.一些MoO2纳米粒子承载在碳基体表面，其尺寸为5~30nm；一些MoO2纳米粒子包覆在碳基体内部，其尺寸约为5nm. MoO2-C复合涂层为多孔结构，其孔隙尺寸为1~3nm.该复合涂层与铜箔结合紧密，界面处没有裂纹.承载在铜箔表面的MoO2-C复合涂层的比容量高、循环和倍率性能良好.在100mA·g-1电流密度下，该负极经过100次循环后的比容量为814mAh·g-1，在循环过程中没有出现明显的容量衰减，即使在5000mA·g-1的高电流密度下，其比容量仍有188mAh·g-1.
金纳米粒子（GNPs）对氢分子（H2）的解离具有良好的催化活性. 本文研究了水分子对 GNPs 催化 H2 解离的影响. 对于H2在中性和带正电的金簇（Aunδ，n=3~5；δ = 0，1）上的反应，考虑当水簇（(H2O)m，m = 1, 2, 3, 7）参与反应时 GNPs 催化H2的解离过程的热力学和动力学. 研究结果表明，水对 H2 在GNPs上的解离有助催化的作用，且水簇大小不同，水助催化 H2 在金簇上解离的机理也有所不同，其由氢氢键的均裂解离转化为氧化解离. 对两种机理所得的产物，作者计算了它们的 Raman 和 IR 光谱.
本文研究了以氟代碳酸乙烯酯FEC（fluoroethylene carbonate）为共溶剂的电解液对高压正极材料 Li2CoPO4F 电化学性能的影响，与碳酸酯基电解液1 mol·L-1 LiPF6 EC/DMC=1:1（m:m）相比，1 mol·L-1 LiPF6 FEC/DMC=1:1（m:m）可显著提高Li2CoPO4F的循环稳定性. 通过线性扫描伏安法（LSV）、扫描电镜（SEM）、X射线光电子能谱（XPS）、X射线衍射（XRD）结合电化学阻抗（EIS）对 FEC 改善 Li2CoPO4F 材料循环稳定性的机理进行了探索，结果表明与传统碳酸酯基电解液相比，FEC 基电解液在高压下有着优异的抗氧化性，能够有效抑制电解液的氧化分解. 同时，FEC 基电解液中形成的表面膜具有更高的稳定性，能够抑制电极/电解液界面副反应的发生，提高循环过程中电极材料结构稳定性，从而有益于提高 Li2CoPO4F 材料的电化学性能.
随着阴离子交换膜的出现、发展和应用，碱性燃料电池的优势日趋明显，针对碱性燃料电池的研究也更广泛而深刻. 在碱性燃料电池中，除了其固有的对催化剂的高包容性和动力学优越性，阴离子交换膜让阴离子定向迁移，从而实现了很好的水相管理，降低了电池中“水涝”的几率，也提供了更广阔的燃料选择空间. 氧还原反应是碱性燃料电池中的重要部分，且其反应动力学相较于氢氧化反应缓慢. 因此，选择并研制合适的阴极氧还原反应催化剂，是提高碱性燃料电池性能和促进燃料电池规模化使用的关键. Fe-N-C类催化剂因其在碱性条件下接近甚至优于 Pt 基催化剂的性能，被视为最有潜力替代 Pt 的非贵金属催化剂. 本文从近 5 年来 Fe-N-C 类催化剂的合成方法、催化活性位点和氧还原反应机理以及在燃料电池中的应用三方面进行了综述.
采用脉冲充电方法替代传统充电方法，研究了在有机电解液 0.5 mol·L-1 LiBr/PC (碳酸丙烯酯)中，在铜电极上沉积锂的表面变化. 扫描电镜观测结果显示，在传统直流充电时电极表面明显地出现了枝晶，而使用脉冲充电时能够抑制枝晶的生长. 交流阻抗测试结果显示,在占空比为 0.5 时，沉积锂表面固体电解质界面(solid electrolyte interphase，SEI)膜电阻最大，沉积锂表面枝晶较少；单次脉冲电沉积时间过长，会使沉积锂表面 SEI 膜电阻减小，沉积锂表面枝晶增加；电流密度大于等于 2 mA·cm-2时，脉冲电沉积可有效抑制枝晶生长.
本文以工业硅粉（600目）为原料，通过高能球磨和热解包碳方法制备了碳包覆纳米硅，在此基础上采用简单的机械球磨方法制备了碳包覆/石墨复合材料，并系统研究了碳包覆量及硅/石墨比例对碳包覆硅/石墨复合材料电化学性能的影响. 与商业纳米硅粉/石墨复合材料相比，工业硅粉/石墨复合材料的循环性能及倍率性能均得到改善. 通过高能球磨和热处理法得到的碳包覆材料为无定形碳和晶态硅材料的复合，所获碳包覆硅材料一次颗粒的粒径在100 ~ 200 nm左右. 碳包覆量对材料的电化学性能有着重要影响，Si/C-2-1复合材料表现出高的可逆比容量、良好的倍率性能和循环稳定性，在0.1C倍率下，可逆比容量高达492.6 mAh·g-1，循环100周后容量保持率达 85.8%，1C 电流密度下放电比容量达369.7 mAh·g-1，为 0.1C 的73.9%. 提高碳包覆硅/石墨复合材料中硅含量的比例可以提升其比容量，当硅含量达到20%时，Si/C-2-3复合材料在0.1C倍率下可逆比容量达到600.4 mAh·g-1，但材料循环性能有所下降，说明石墨在稳定硅/碳复合材料循环性能方面发挥着非常重要的作用.
以半导体材料类石墨氮化碳纳米片(g-C3N4纳米片)为载体，通过微波-多元醇法构筑了Pt/g-C3N4纳米片催化剂. 通过TEM、XRD、XPS、紫外-可见吸收光谱等方法对Pt/g-C3N4纳米片催化剂的粒径尺寸、组成、结构、光学等性质进行分析. 通过对比可见光照和暗室条件下的甲酸电氧化活性，Pt/g-C3N4纳米片催化剂在可见光照射下展现出良好的催化性能. 该性能的提高一方面可能是由于g-C3N4纳米片在可见光照射下加速了电子从Pt转移给g-C3N4纳米片，Pt处于“电子匮乏”状态，可削弱CO与Pt之间的化学键能，减弱CO在Pt表面的吸附能力，促进了CO的氧化，提高了催化剂抗中毒能力；另一方面，g-C3N4纳米片在光照条件下分离出的空穴可有效氧化甲酸分子，提高甲酸氧化活性. 因此，可见光条件下可有效提高Pt/g-C3N4纳米片催化剂甲酸催化氧化活性，这为直接甲酸燃料电池的发展提供了新思路.
用合适金属修饰的铂催化剂能够显著增强其对甲酸氧化的电活性. 本文以水热法制备了钛负载的纳米多孔铂电极（nanoPt/Ti），然后采用循环伏安法，通过扫描不同的周数（n），用适量的铅对nanoPt/Ti电极进行修饰，得到一种新型的铅修饰的纳米多孔铂电极（nanoPb(n)-Pt/Ti）. 采用循环伏安（CV）、计时电流和计时电位法研究其对对甲酸氧化的电活性. CV结果显示nanoPt/Ti和nanoPb(n)-Pt/Ti电极对甲酸氧化表现出较高的催化活性，并且nanoPb(20)-Pt/Ti电极对甲酸氧化的起始电位为-0.06 V，相比nanoPt/Ti电极的起始电位（0.06 V），明显有所负移. 此外，nanoPb(20)-Pt/Ti电极的第一个氧化峰电流密度为12.7 mA·cm-2，远远大于nanoPt电极（4.4 mA·cm-2）；计时电流显示在电位为0.1 V时，在0.5 mol·L-1 H2SO4 + 1 mol·L-1 HCOOH溶液中，nanoPb(20)-Pt/Ti电极达到稳定时的电流为8.09 mA·cm-2，是nanoPt电极的60倍，表明铅修饰的nanoPt/Ti对甲酸氧化的电活性急剧增加；在1.5 mA、2 mA、2.2 mA和2.5 mA下的计时电位结果表明，nanoPb(20)-Pt/Ti电极上甲酸氧化过程表现出显著的电化学振荡，且和nanoPt/Ti电极相比，振荡现象能持续更长的时间，说明nanoPb(20)-Pt/Ti电极具有更强的表面抗毒化能力.
