Ni(Ⅱ)离子在两种离子液体中的电化学行为

在离子液体氯化1-丁基-3-甲基咪唑-丙三醇(BMIC-GL)和1-丁基-3-甲基咪唑二氰胺盐([BMIM]DCA)中加入NiCl2后,研究了Ni(Ⅱ)离子的电化学行为.循环伏安测试结果表明,Ni(Ⅱ)离子在[BMIM]DCA-NiCl2和BMIC-GL-NiCl2的起始还原电位分别为-0.55 V和-0.65 V,说...     

电化学原位拉曼光谱技术在高温熔盐中的应用

综述了熔盐电化学原位拉曼光谱用样品池结构及特点、熔盐电化学原位拉曼光谱的研究进展。所用样品池主要以配合90°拉曼散射模式研究为主,且样品池通常都通入惰性气体。研究中主要采用恒电流/恒电位电解的电化学方法,研究内容涉及到在氯化物熔盐中电解还原金属铝、汞、镉和钽的阴极行为,(Li-K)CO₃和Li₂CO₃燃料电池中氧的还原,在以金属铝为阳极的高能熔盐电池中I₂在AlCl₃-NaCl熔盐中的电化学过程,钠-硫电池放电过程中S元素在AlCl₃-NaCl熔盐中的行为,Y₂O₃稳定的ZrO₂(YSZ)氧离子导体在Na₂SO₄熔盐中的电化学腐蚀,以及不同电位条件下熔融KNO₃、NaNO₃与铂电极界面的熔盐结构变化。最后,展望了熔盐电化学原位拉曼光谱的研究发展方向。     

铝在1-氢-3-甲基咪唑氯铝酸盐中的低温电沉积

合成了Lewis酸性1-氢-3-甲基咪唑氯铝酸型离子液体,并首次将其应用于铝的低温电沉积反应中。在不同条件下,通过循环伏安、计时电位和计时电流法对电沉积过程进行了研究,并对得到的铝沉积物进行了表征。结果表明,成核密度和晶粒生长速度对铝的沉积结构影响很大。铝的晶型取向主要取决于温度和电流密度。在5~15mA/cm2和313.2~343.2K的条件下可以获得平整、致密和附着力较好的铝沉积层。另外,电沉积的效率和铝的纯度也得到了明显改善。     

有机溶剂电解质在电化学冶金领域的应用

熔盐电解温度高、能耗大,水溶液电解易导致金属材料氢脆且不能用于活泼金属电解,采用室温非水电解质体系可以解决上述问题.对比分析了离子液体、深共晶溶剂、有机溶剂等几种室温非水电解质的特点,重点介绍四氢呋喃-苯、碳酸乙烯酯、1,3-二甲基-2-咪唑啉酮等分别与AlCl₃,ZnCl₂,LiNO₃等构成的有机溶剂电解质体系在Al, Mg, Nd, La, Zn等金属电沉积方面的研究成果.分析电解和电池用电解质的异同点,总结了苯类、醚类、醇类、脂类、四氢呋喃、咪唑啉酮、卤代烃等多种溶剂与有机金属盐、无机盐等溶质,金属氢化物、无机盐等添加剂组成的有机溶剂电解质的性质和特点,介绍其离子结构,概括其在电沉积过程中相关的化学和电化学反应,分析镀层性能与电沉积参数的关系和存在的问题,为从事非水电解质电化学冶金与材料制备研究提供思路.     

原铝在离子液体中低温电解精炼的研究

采用离子液体1-乙基-3-甲基咪唑氯铝酸盐为电解质,对原铝的低温电解精炼反应进行研究。根据电化学测试结果,系统考察了原铝中各主要元素的氧化过程,证明铝与主要杂质元素在离子液体中具有明显不同的初始氧化电位,能够通过恒电位电解法对原铝进行精炼提纯。在此基础上,通过两步电解法完成了杂质的高效分离,获得了最佳的反应条件。结果表明,经过0.2~0.4V和40~80℃下的电解精炼反应,可以得到纯度高于99.95%的精铝。     

稀释剂对有机膦功能化离子液体萃取钕(Ⅲ)的影响

设计、合成了有机膦单功能化离子液体1-丙基-3-(3-二乙氧基氧膦基)丙基咪唑双(三氟甲烷磺酰基)亚胺盐离子液体[C_3ImP(O)(OEt)_2][NTf_2](IL-1)和有机膦双功能化的离子液体1,3-双-{3-(二乙氧基氧膦基)}-1氢-咪唑双(三氟甲基磺酰基)亚胺盐[BDPPIm][NTf_2](IL-2)。离子液体IL-1和IL-2的结构经红外、核磁和高分辨质谱确认。以IL-1和IL-2作为萃取剂,考察了萃取剂、萃取剂浓度以及稀释剂对Nd(Ⅲ)离子萃取的影响。研究结果表明,萃取效率与功能化离子液体的结构、稀释剂类型有很大关系。萃取机理可能是中性络合机理。     

微纳米铝在氯铝酸离子液体中的电沉积规律

合成、表征了两种典型的氯铝酸离子液体,1-丁基-3-甲基咪唑氯铝酸盐和1-烯丙基-3-甲基咪唑氯铝酸盐。在此基础上,通过电化学测试和原子力显微镜对铝在离子液体中的电沉积规律进行了系统研究,证明反应过程受离子扩散控制,可逆性较好,可获得微纳米铝。离子液体的阳离子结构对产物的状态和尺寸影响较大,降低离子间相互作用能可以进一步获得更加细致、平整的铝晶体。     

新型功能材料钨离子液体的合成及表征

合成了一系列由阳离子N-甲基咪唑和阴离子WO2-4组成的新型离子液体:2-(1-丙基-3-甲基-咪唑)钨酸盐(记为[C3mim]2[WO4])、2-(1-丁基-3-甲基-咪唑)钨酸盐(记为[C4mim]2[WO4])、2-(1-戊基-3-甲基-咪唑)钨酸盐(记为[C5mim]2[WO4])、2-(1-己基-3-甲基-咪唑)钨酸盐(记为[C6mim]2[WO4])。对上述离子液体进行了表征以及结构验证。     

LiCl-KCl-MgCl2熔盐体系中Li-Mg共沉积机理研究

Li-Mg合金作为锂电池负极材料在新能源领域中具有广阔的应用前景,熔盐电解法制备Li-Mg合金极具优势。本文采用三电极体系研究了Mg²⁺在LiCl-KCl-MgCl₂熔体中钨电极上的电化学行为及Li-Mg共沉积机理,探究了MgCl₂浓度对电解共沉积Li-Mg的影响。方波伏安法与计时电流法实验结果表明：Mg²⁺在钨电极上一步两电子还原为金属Mg,属于瞬时成核过程,不受温度的影响。计时电位法实验结果表明：随着MgCl₂浓度的增加,LiCl-KCl-MgCl₂熔体电解共沉积Li-Mg所需的阴极电流密度逐渐增大。当LiCl-KCl-MgCl₂熔体中MgCl₂浓度为5%时,实现Li-Mg共沉积的最小阴极电流密度为0.287 A/cm²。恒电流电解结果表明：当MgCl₂浓度≤5%时,Li-Mg产品中金属Mg含量随着熔体中MgCl₂浓度的增加而增大,当MgCl<...     

离子液体改性MWCNTs、MoS2及其复合纳米流体的摩擦学性能

采用1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([EMIm]BF₄)离子液体分散多壁碳纳米管(MWCNTs)、二硫化钼(MoS₂)于去离子水以得到具有优异摩擦学特性的纳米流体.通过拉曼光谱仪、纳米粒度电位仪、接触角测量仪表征其分散与润湿性,通过导热系数仪和流变仪测试其热物性,并通过材料表面性能综合测试仪进行摩擦实验.结果表明:经[EMIm]BF₄改性而制备的纳米流体Zeta电位大幅提高,纳米颗粒在空间位阻作用下有效分散于水基液,故保持润湿性的同时增强了导热能力,其对高温合金的润湿接触角最小为59.33°,室温(25℃)平均黏度最低为1.49 mPa·s,且导热系数最大为1.02 W·(m·K)^-1.纳米流体中层状、管状几何结构的MoS₂、MWCNTs纳米颗粒极大强化了基液的减摩抗磨性能,平均摩擦系数降至0.083,磨痕体积磨损率相比传统水基冷却液减小了72.33%.     

熔盐电解制备Mg-Ce中间合金电化学过程研究

通过循环伏安法(CV)、方波伏安法(SWV)和开路计时电位法(OCP)研究了温度为973 K时KCl-NaCl-CeCl₃-MgCl₂四元熔盐体系中Mg(Ⅱ)和Ce(Ⅲ)在钨电极上的电化学行为以及合金化过程。根据电化学分析的结果,以钨丝为工作电极,石墨棒为辅助电极,于-2.1 V(vs.Ag/AgCl)恒电位电解12 h制取Mg-Ce合金。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)对电解所得合金的组成以及元素分布进行表征,结果表明合金的基底相为Mg₁₇Ce₂,第二相为Mg₃Ce。     

离子液体电导率及溶解硅产业副产物SiCl_4研究

以离子液体1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲烷磺酸盐([BMIM]OTf)、1-辛基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐([OMIM]NTf2)为溶剂,考察温度、PC添加量对SiCl_4溶解量的影响,并研究离子液体在不同条件下的电导率。结果表明,在不同温度下,[OMIM]NTf2的溶解效果比[BMIM]OTf好,两种离子液体对SiCl_4的溶解效果随温度的降低而上升,0℃时,[OMIM]NTf2溶解量达到最大为0.6g/mL。PC可溶解少量SiCl_4,平均稳定在0.06g/mL,且溶解量受温度影响较小。离子液体电导率较低,[BMIM]OTf较[OMIM]NTf2的电导率要高,随着温度的升高电导率增大,添加PC后两者电导率都显著提升。建议在0℃下利用[OMIM]NTf2溶解SiCl_4,同时按照离子液体、PC按1∶1质量比配制电解液,此时电导率为15.08mS/cm。     

LiF-CaF2-BaF2-ZrO2熔盐中Zr4+在钨电极上的电化学还原机理

以LiF-CaF₂-BaF₂为熔盐体系, ZrO₂为原料, 1 373 K条件温度下利用循环伏安法, 计时电位法, 计时电流法, 研究锆离子在钨电极上的电化学过程,对不同ZrO₂含量0.5 %,0.7 %,0.9 %的熔盐体系进行电化学分析,研究结果表明:Zr4+在钨电极上还原是通过两步得电子反应, 即Zr4++2e→Zr2+,Zr2++2e→Zr,相对参比电极铂还原峰分别为0.9 V和1.2 V,析出过程是受扩散控制的准可逆反应. 1 373 K时Zr4+在LiF-CaF₂-BaF₂-ZrO₂熔盐中的扩散系数D为6.7×10-6 cm2/s.      

离子液体1-丁基-3-甲基咪唑-氯铝酸盐体系的电化学研究

利用红外光谱和差热分析研究了氯化1-丁基-3-甲基咪唑盐[BMIm]Cl和1-丁基-3-甲基咪唑氯铝酸盐[BMIm]Cl-AlCl3的结构和热稳定性,结果表明,AlCl3的加入使得[BMIm]Cl热稳定性增强.实验中考查了温度和添加剂苯对电解时电流密度的影响.在电解液C6H6-[BMIm]CI-AlCl3中,电压1.8 V,温度50℃下,电解得到致密光滑的铝沉积膜,其中添加剂苯起到增大电流密度和光亮剂的作用.     

室温离子液体萃取-石墨炉原子吸收光谱法测定超痕量钼

合成一种室温离子液体1-辛基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐([C8mim][PF6]),替代挥发性有机溶剂用于金属离子的液/液萃取。在阳离子表面活性剂CTMAB存在下,钼(Ⅵ)与新合成的试剂5-对甲氧基苯基偶氮水杨基荧光酮(p-MOPASF)反应形成稳定的红色络合物。在显色后的溶液中,加入室温离子液体1-辛基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐后,钼络合物被迅速萃入离子液体相。然后,用4.0 mol/L NaOH溶液将钼(Ⅵ)从离子液体相反萃取至水中,此反萃液直接应用于石墨炉原子吸收光谱法测定钼。钼一次萃取率接近100%,     

离子液体中置换法制备镁/铜双金属粉的动力学研究

研究了氯代1-丁基-3-甲基咪唑(BMIC)离子液体中镁置换铜制备镁/铜双金属粉的动力学行为,探讨了搅拌速率、反应温度、铜离子浓度和镁粉颗粒大小等参数对反应速率常数的影响。动力学数据结果表明,在离子液体中镁置换铜的反应符合一级反应速率方程。反应速率常数随着搅拌速率增加、反应温度升高、铜离子浓度降低和镁粉粒径减小而增大。搅拌可使反应速率常数增大1倍左右;Cu(II)离子浓度较小时,反应速率常数随Cu(II)离子浓度的增加而迅速减小,当Cu(II)离子浓度增大到0.25 mol·L-1时,速率常数的减小趋势逐渐变缓;镁粉粒径范围从50~74μm增加到74~100μm,置换反应的速率常数从0.334 h-1减小到0.255 h-1;反应速率常数与反应温度的关系符合阿伦尼乌斯方程,求得置换反应表观活化能为13.6 k J·mol-1,说明置换过程受扩散控制。此外,Evans图研究也表明,置换反应受Cu(II)离子向电极表面扩散过程控制。这一结果与动力学数据的实验结果完全一致。     

AlF3-(Li,Na)F-(Al2O3-Y2O3)熔盐体系物理化学性质研究

为进一步优化电解制备Al-Cu-Y合金的热、动力学条件,对AlF₃-(Li, Na)F-(Al₂O₃-Y₂O₃)熔盐体系的密度、黏度及电导率变化规律进行研究。分别采用阿基米德法、连续变化电导池常数法和旋转法测定AlF₃-(Li, Na)F-(Al₂O₃-Y₂O₃)熔盐体系在温度为900~1 000 ℃范围内,n((Li, Na)F): n(AlF₃)=2.5时的密度(ρ)、电导率(σ)、黏度(η)随温度和组分的变化规律,结果表明:在温度900~1 000 ℃范围内,AlF₃-(Li, Na)F-(Al₂O₃-Y₂O₃)体系中Al₂O₃和Y₂O₃的含量一定,密度-温度、黏度-温度和电导率-温度之间均呈线性关系。在温度为950 ℃条件下,熔盐体系的密度随Al₂O₃含量的增加而线性减小,随Y₂O₃含量的增加而线性增加; 电导率随Y₂O₃或Al₂O₃含量的增加而线性减小; 体系的黏度则随Y₂O₃或Al₂O₃含量的增加而线性增加。      

NH3-(NH4)2SO4体系隔膜电解铜电化学研究

PCB板(印刷电路板)剪裁铣削渣中含有金属铜和铝,且塑料含量高,采用电化学溶解隔膜电积工艺可以实现铜的剥离并得到高品位阴极铜。该工艺具有流程短、电流效率高、产品纯度高等优点,具有广阔的应用前景,但其电化学机理尚不明确,本文以PCB制造过程中产生的含铜固废作为阳极,采用钛板为阴极,在NH₃-(NH₄)₂SO₄体系中采用隔膜电解工艺进行了一系列试验,包括不同铵盐体系、氨/硫酸铵体系中不同电极、氨/硫酸铵体系不同电解液组成的电化学行为曲线以及NH₃-(NH₄)₂SO₄体系电沉积铜的控制步骤、成核机理等。结果表明,氨/硫酸铵体系中电积铜的起始还原电位最低,电积时电耗较低,且该体系中氢的析出电位均较负,可避免因析出氢气降低阴极电流效率的副反应;NH₃-(NH₄)₂SO₄体系中Cu²⁺在钛电极表面的电沉积反应为不可逆...     

1-丁基-3-甲基咪唑对电沉积锰的影响

以1-丁基-3-甲基咪唑为添加剂,在MnSO₄-(NH₄)₂SO₄-H₂O体系中电沉积金属锰,考察了电流密度、1-丁基-3-甲基咪唑浓度、硫酸铵用量、Mn²⁺浓度及槽电压对阴极锰沉积量和电流效率的影响,并采用XRD、SEM对沉积锰进行表征。结果表明,MnSO₄-(NH₄)₂SO₄-H₂O体系电解锰,在温度40℃、Mn²⁺浓度35 g/L、硫酸铵浓度90 g/L、pH=7.5、电流密度364.58 A/m²、1-丁基-3-甲基咪唑用量0.12 g/L条件下,电流效率为79.60%,电流效率比SO₂和SeO₂的高,电沉积的锰为α-Mn。     

LiCl-KCl熔盐La^3+在钨电极上的电化学还原机理

以LiCl-KCl为电解质体系,LaCl3为原料,利用循环伏安法、计时电位法和计时电流法研究773K时镧离子在钨电极上的电化学还原过程。结果表明,在773K、50%KCl-50%LiCl-2%LaCl3的熔盐体系中,镧离子在钨电极上还原是一步转移3个电子反应(La^3++3e→La),相对于Ag/AgCl电极析出电位为-2.05V;镧在钨电极析出过程中出现成核极化现象,且通过循环伏安和计时电流法可判断镧离子在钨电极上的析出还原过程为受扩散控制的准可逆反应,扩散系数D=6.36×10^-5 cm^2/s。