熔盐电化学低碳冶金新技术研究

本文重点介绍“氯化物熔盐体系电解还原固态氧化物冶金过程的高效化”和“氯化物熔盐体系电裂解硫化物及熔融碳酸盐与熔融氧化物体系电分解氧化物无温室气体排放冶金”的研究进展,结合武汉大学的部分代表性工作阐述了相关技术的原理,以期揭示熔盐电解技术在节能减排和资源高效利用上的优势及其发展前景,为发展短流程、低碳高效的电化学冶金工业提供理论和技术支持。     

氯化物熔盐中钕离子在铂电极上的电化学还原

利用极谱,Ⅲ利用电位阶跃研究了轻稀土离子在碱金属氯化物熔盐中的阴极还原。本文作者研究过Sm~(3 )在NaCl-KCl熔盐中的电还原。上述工作分别提出了稀土离子一步还原和分步还原的结论。本文采用线性扫描伏安法和恒电位电解,并配以扫描电子显微镜X射线能谱分析,对Nd~(3 )在Pt电极上的阴极还原过程进行了研究,利     

不断创新的电化学研究方法：厦门大学电化学研究工作简介之二

不断创新的电化学研究方法（厦门大学电化学研究工作简介之二）林仲华，罗瑾，田中群，孙世刚，林昌健，毛秉伟，杨勇，林华水执笔（固体表面物理化学国家重点实验室，厦门大学化学系，厦门３６１００５）１历史的回顾与自然科学的其它分支学科一样，电化学科学的建立和纵...     

铝电极在LiNO3-KNO3熔盐中的电化学行为

采用循环伏安和恒电位电解法考察了铝电极在LiNO3-KNO3熔盐中的电化学行为. 实验结果表明, 在该熔盐中, 锂离子在铝电极上的电还原过程伴随着新生态的锂原子向电极内部的随后扩散步骤; 锂原子进入铝电极后与铝发生合金化, 形成β-LiAl合金和γ-LiAl合金; 锂离子在铝电极上的还原过程受还原态锂在铝基体内的扩散步骤控制. 循环伏安实验发现, 铝电极在该熔盐中的氧化和还原峰电流都先随循环次数增加而增大, 最后基本上趋于稳定. 这表明铝电极在该熔盐体系中具有较好的电化学稳定性.     

Cr2O3粉末在CaCl2熔盐中直接电化学还原的金属通腔电极研究

应用金属通腔电极研究Cr2O3粉末于熔盐中的电化学行为,验证了900℃下Cr2O3粉末在含镁量<0.005%氯化钙熔盐中的分步还原机理,估算其电化学还原动力学参数;并由扫描电镜观察产物形貌,分析电解电位和时间对金属颗粒尺寸的影响.     

在LiCl-KCl-ZnCl_2熔盐体系中电化学共还原提取钕

针对镧系元素钕,本文通过循环伏安、开路计时电位、方波伏安等方法研究了773 K时Nd(III)在钼电极上在LiCl-KCl-ZnCl2熔盐体系中的电化学行为及Zn-Nd合金的形成过程.结果表明:在LiCl-KCl-ZnCl2熔盐中,Nd(III)在预先沉积的Zn阴极上欠电位沉积形成三种Zn-Nd金属间化合物.基于电化学行为研究,采用恒电位电解提取Nd并用方波伏安曲线测量来检测Nd(III)离子浓度的变化,然后通过电解前后Nd(III)离子浓度变化评估了Nd的电解提取效率.实验结果表明:-1.84 V恒电位电解进行50 h后,Nd(III)离子浓度接近于零,提取效率为99.67%.在973 K时通过恒电流电解提取Nd并获得了Zn-Nd合金,通过X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)附带能量散射谱(EDS)对合金的相组成和微观形貌进行了分析.XRD分析表明在Zn-Nd合金中存在Nd2Zn17,LiZn和Zn相,EDS能谱分析表明Nd在合金中的原子分数高达14.99%.     

LiF-BaF2-LiCl熔盐体系中Li+的电化学行为

运用三电极在电化学工作站AUTOLAB以循环伏安法、计时电流法和计时电位法研究了LiF-BaF₂-LiCl熔盐体系中1203 K温度下锂在钨（W）电极上的电化学还原过程及其控制步骤. 结果表明,Li⁺在W电极上的还原过程是一步得电子的准可逆反应,析出电位在-1.0 V附近. 阴极过程受离子的扩散步骤控制,计算得出扩散系数为4.5 × 10^-6 cm²•s^-1.     

CO_2熔盐电化学转化碳材料的电化学特性

基于对熔融碳酸盐体系中电化学还原CO_2所得碳材料(electrolytic-carbon,EC)的形貌、结构、组成的认识,以粉末微电极循环伏安法测试为基础,在稀溶液中对EC的本征电化学行为进行了考察,以揭示这类碳材料的界面电化学特性。实验发现,在典型条件(450°C、4.5 V槽压)下制备的电解碳(450°C-4.5 V-EC)的伏安行为有别于多壁碳纳米管、石墨烯、石墨、乙炔黑等常见碳材料,在负电位区表现出显著的"双电层充放电响应迟滞"现象。通过考察溶液pH值、电位扫描速率、阴阳离子种类对这一现象的影响,发现pH和电解液组成都不影响这一现象的出现;电解液浓度提高和低扫描速率时滞后现象减弱,表明迟滞充放电是这类碳材料的本征特性,与其表面含氧官能团及其对阳离子的特性吸附密切相关。实验进一步研究了不同电解条件下制备的EC所展现的电化学特性吸附及电容性质,发现随着熔盐温度的升高,EC对电解液中阳离子的特性吸附能力降低,而相同温度不同槽压下制备的EC特性吸附能力相近,表现出相似的电容特性,这与EC的含氧量和比表面积有关。电解碳所展现的独特电容特性对其潜在的应用或可提供有价值的线索和指导。     

在LiCl-KCl-ZnCl2熔盐体系中电化学共还原提取钕

针对镧系元素钕,本文通过循环伏安、开路计时电位、方波伏安等方法研究了773 K时Nd（Ⅲ）在钼电极上在LiCl-KCl-ZnCl₂熔盐体系中的电化学行为及Zn-Nd合金的形成过程. 结果表明：在LiCl-KCl-ZnCl₂熔盐中,Nd（Ⅲ）在预先沉积的Zn 阴极上欠电位沉积形成三种Zn-Nd金属间化合物. 基于电化学行为研究,采用恒电位电解提取Nd并用方波伏安曲线测量来检测Nd（Ⅲ）离子浓度的变化,然后通过电解前后Nd（Ⅲ）离子浓度变化评估了Nd的电解提取效率. 实验结果表明：-1.84 V恒电位电解进行50 h后,Nd（Ⅲ）离子浓度接近于零,提取效率为99.67%. 在973 K时通过恒电流电解提取Nd并获得了Zn-Nd合金,通过X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）附带能量散射谱（EDS）对合金的相组成和微观形貌进行了分析. XRD分析表明在Zn-Nd合金中存在Nd₂Zn₁₇,LiZn 和Zn相,EDS能谱分析表明Nd在合金中的原子分数高达14.99%.     

熔盐电化学还原二氧化碳制备碳材料研究进展北大核心CSCD

二氧化碳浓度持续升高导致的温室效应已在全球范围内引发极端天气、冰川融化等一系列生态环境问题。为降低二氧化碳含量,改善气候变暖带来的恶劣影响,研发高效、绿色、安全的二氧化碳处理技术,促进碳资源循环可持续发展刻不容缓。熔盐离子液体作为一种良好的电化学转化介质,为二氧化碳还原提供了一条极具应用前景的技术路线。综述了国内外近几年高温熔盐中二氧化碳的捕获与电化学还原的研究,简述了熔盐电沉积碳的电化学机理和热力学机制,对不同形貌高附加值碳材料:无定形碳、碳球和碳纳米管的制备进行了总结,最后对未来发展方向做出展望。     

熔盐电化学的新进展

本文主要介绍熔盐体系、熔盐电池、熔盐电沉积金属以及合金、电合成化合物材料等方面的新进展 ,预期熔盐电化学在能源、环境保护和资源利用等领域中的应用 .     

熔盐中熟化处理提高BiFeO3的可见光催化活性

研究发现, 通过熔盐中熟化处理可以显著地提高BiFeO3的可见光催化活性.     

熔盐电导的多维键参数分析

本文用模式识别－人工神经网络结合化学键参数法，总结熔盐电导的半经验规律，在此基础上讨论了熔盐电导的主要影响因素及电导机理。     

Spectroelectrochemistry of EuCl3 in Four Molten Salt Eutectics; 3 LiCl−NaCl, 3 LiCl−2 KCl,LiCl−RbCl,and 3 LiCl−2 CsCl; at 873 K

Key electrochemical properties affecting pyroprocessing of nuclear fuel were examined in four eutectic melts using Eu^3+/2+ as a representative probe. We report the electrochemical and spectroelectrochemical behavior of EuCl₃ in four molten salt eutectics (3 LiCl?NaCl, 3 LiCl?2 KCl, LiCl?RbCl and 3 LiCl?2 CsCl) at 873 K. Cyclic voltammetry was used to determine the reduction potential for Eu^3+/2+ and the applied potentials for spectroelectrochemistry. Single step chronoabsorptometry and thin‐layer spectroelectrochemistry were used to obtain the number of electrons transferred, reduction potentials and diffusion coefficients for Eu³⁺ in each eutectic melt. The reduction potentials determined by thin‐layer spectroelectrochemistry were essentially the same as those obtained using cyclic voltammetry. The diffusion coefficient for Eu³⁺ was the largest in the 3 LiCl?NaCl melt, showed a negative shift in the 3 LiCl?2 KCl melt, and was the smallest in the LiCl?RbCl and 3 LiCl?2 CsCl eutectic melts. The basic one‐electron reversible electron transfer for Eu^3+/2+ was not affected by melt composition.     

Thermodynamic Evaluation of NaF-MFn(M=Be,U, Th) Systems for Molten Salt Reactor

The phase diagrams of NaF-BeF₂, NaF-ThF₄and NaF-UF₄systems were assessed based on thermodynamic principles, and diverse thermodynamic models were adapted to different systems. Associate solution model (ASM) was used to describe the Gibbs energies of liquid phase of the NaF-BeF₂system, whereas other systems(NaF-ThF₄and NaF-UF₄) were treated with the substitutional solution model(SSM) and intermediate compounds were described as stoichiometric compounds according to the Neumann-Kopp rule. All the thermodynamic model parameters were optimized by the least squares procedure until good coincidence was achieved between the calculated results and the experimental data. The derived thermodynamic parameters will be merged into the NaF-BeF₂-ThF₄-UF₄ database to develop the thorium molten salt reactor(TMSR) project.<     

高氯酸锂-乙酰胺/乙烯脲体系的二元熔盐电解质

制备了高氯酸锂与乙酰胺和乙烯脲形成的二元低温熔盐电解质，采用差示扫描量热法、交流阻抗法和循环伏安法分别对其热学、电化学性质进行了研究.测试结果表明,高氯酸锂-乙酰胺体系具有较好的热稳定性和高的电导性，配比n（LiClO4）:n（Acetamide）=1.0:5.5的样品室温（25 ℃）电导率为1.25×10－3 S•cm－1，80 ℃电导率为1.15×10－2 S•cm－1;其电化学稳定电位窗近3 V左右.     

高氯酸锂与1,3-氮氧杂环-戊-2-酮形成的二元熔盐电解质

制备了高氯酸锂(LiClO4)与1,3-氮氧杂环-戊-2-酮(OZO)形成的二元熔盐电解质, 虽然先导物具有较高的熔点, 但二者可形成均一、稳定的共熔体系, 测试结果表明该熔盐体系具有低的共熔温度(-50 益). 红外光谱分析表明OZO 通过Li—O 键与LiClO4中Li+配位而破坏了LiClO4的离子键,形成很大的配位阳离子,削弱了阴阳离子间的库伦作用力; 同时Li—O 配位也导致OZO 分子间的氢键断裂, 因而体系的共熔温度较之纯物质熔点显著降低, 部分样品室温下以液体状态稳定存在. 采用交流阻抗法和循环伏安法对其电化学性质进行研究, 结果显示, 配比n(LiClO4):n(OZO)=1:4.5 的样品室温(25 ℃)电导率为0.66×10^-3 S·cm^-1, 80 ℃电导率为7.33×10^-3 S·cm^-1; 其电化学稳定电位窗口约为3.5 V.     

氯化物熔盐体系中Gd的电化学行为及提取效率的评估

研究了773 K时GdCl₃在LiCl-KCl熔盐体系中在Mo和Al 电极上的电化学行为和热力学特性. 利用开路计时电位曲线得到了Gd(III)/Gd(0)体系在723-873 K温度范围的平衡电极电位和表观电极电位. 结果表明: 平衡电极电位和表观电极电位随着温度的升高而变正. 通过吉布斯自由能变进一步计算得到了GdCl₃在LiCl-KCl熔盐体系中不同温度下的活度系数. 结合稳态极化曲线, 求得去极化值, 并通过热力学计算, 求得773 K时Gd的理论提取效率. 在773 K时, 在LiCl-KCl-GdCl₃体系中, 以Al 为工作电极在-1.5 V左右通过恒电位电解提取Gd, 电解20 h后实际电解提取效率为94.22%. 对电解沉积物进行X射线衍射(XRD)分析, 检测到了Al₃Gd合金相.     

Low Temperature Molten Salt Synthesis of Perovskite-type ACeO3(A=Sr,Ba) in Eutectic NaCl-KCl

A molten salt method was developed for the synthesis of ACeO₃(A=Sr, Ba) with perovskite structure at 750 ℃(SrCeO₃) and 850 ℃(BaCeO₃) in the eutectic NaCl-KCl. The synthetic temperature was much lower than that of the conventional method(generally>1000 ℃). The structure and morphology of the product were characterized by means of X^-ray diffraction(XRD), field emission scanning electron microscopy(FESEM) and transmission electron microscopy(TEM). The results show that the synthesized octahedral SrCeO₃ crystallizes in the orthorhombic system with the unit cell parameters of a=0.85855 nm, b=0.61523 nm, c=0.60059 nm, and the synthesized cuboid BaCeO₃ crystallizes in the cubic system with the unit cell parameter of a=0.43962 nm. The result of X^-ray photoelectron spectroscopy(XPS) analysis indicates that both Ce⁴⁺ and Ce³⁺ exist in the two structures, and the Ce⁴⁺/Ce³⁺ peak area ratios for SrCeO₃ and BaCeO₃ are 1.93 and 2.12, respectively. Meanwhile, the adsorbed/lattice oxygen ratios(1.87 for SrCeO₃ and 3.04 for BaCeO₃) indicate the existence of a lot of oxygen vacancies in the structures of SrCeO₃ and BaCeO₃, which indicates a far-reaching significance to study the corresponding physicochemistry performance.