Sm基功能化合物的熔盐电解制备及性能研究

发布时间：2020-05-27 00:36

【摘要】：将稀土材料的功能性与应用需求紧密结合,开发多种新型稀土材料,是促进稀土产业发展的有效途径。本文采用具有工艺流程简单和晶体无缺陷的熔盐电解法来制备Sm基化合物并实现其在磁、催化和光等领域优异的物理化学性能为目标。首先,在LiCl-KCl熔盐体系中,通过不同的电化学测试方法研究了Sm(Ⅲ)与Ni(Ⅱ)、Co(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)、O(Ⅱ)和S(Ⅱ)等离子的电化学反应机理。然后采用共电沉积法和阴极合金化法制备Sm基合金。使用X-射线衍射(X-ray draffraction,XRD)、扫描电子显微镜(scanning electron micrograph,SEM)、透射电子显微镜(transmission electron microscopy,TEM)和高分辨透射电子显微镜(high-resolution electron microscope,HRTEM)等表征手段分析了制备的Sm基化合物的微观结构和形貌,并且着重研究了其磁、催化和光学性能。为了制备Sm基化合物,从Sm(Ⅲ)离子在熔盐体系中氧化还原反应的动力学和热力学理论出发,研究并探讨Sm(Ⅲ)离子在熔盐体系的扩散系数、平衡电位温度关系式和热力学参数。采用循环伏安法、方波伏安法和开路计时电位法研究了Sm(Ⅲ)在LiCl-KCl-SmCl_3-NiCl_2、LiCl-KCl-SmCl_3-CuCl_2、LiCl-KCl-SmCl_3-CoCl_2和LiCl-KCl-SmCl_3-KSCN熔盐体系的氧化还原机理及合金形成机理。测试结果表明,Sm(Ⅲ)与Ni(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)、Co(Ⅱ)、O(Ⅱ)和S(Ⅱ)离子在熔盐体系中有发生共沉积反应形成Sm基化合物的可能性。为了合成单一相的Sm基化合物,对熔盐电解质的温度、组成和电流效率进行了探讨与分析。以LiCl-KCl-SmCl_3-NiCl_2为熔盐电解质,研究电解工艺参数对Sm-Ni化合物的形貌和成相规律的影响,探讨了Sm-Ni化合物的晶体成核、生长、晶体结构和磁性能。以LiCl-KCl-SmCl_3-CuCl_2为熔盐电解质,制备了一系列具有较高比表面积的Sm-Cu树枝状晶体,探索其生长机制,研究其结构形貌和催化性能之间的关联性。以LiCl-KCl-SmCl_3-CoCl_2为熔盐电解质,成功获得了Sm-Co化合物,研究了其形貌与磁化强度、磁各向异性和温度的关系。以LiCl-KCl-SmCl_3-KSCN为熔盐电解质,构建出一步制备稀土硫氧化物发光基质方法,同时将激活剂Eu~(3+)和Tb~(3+)掺杂到稀土硫氧化物Sm_2O_2S产物中,用荧光光谱对Sm_2O_2S:Eu~(3+)/Tb~(3+)转换发光及能量传递机制进行了研究。
【图文】：

光电子能谱 Thermo EScalab 250Xi 美国 Thermo Fisher Scientific 公司箱式电阻炉 SX-4-10 哈尔滨龙江电炉厂电子天平 FA2004N 上海精密科学仪器有限公司高分辨投射电镜 America FEI, 300 KV 美国 Thermo Fisher Scientific 公司电热恒温鼓风干燥箱 Q/BKYY31-2000 上海跃进医疗器械厂热电偶 WP-C80 上海精密科学仪器有限公司振动样品磁强计 EZ7 美国量子科学超导量子干涉仪磁强计 MPMS-XL-7 美国量子科学氮气吸附脱附仪 V-Sorb 2800P 北京金埃谱科技有限公司激发/发射光谱仪 Hitachi F-4500 美国热电公司X-射线光电子谱 PHI Quantera II 日本 ULVAC-PHI本论文在熔盐电解制备稀土钐金属间化合物及硫氧化合物电解实验所使用的电解池装置示意和实物如图 2.1 所示。它是由加热系统和隔热系统组成。三电极体系在密封盖上的塞堵孔中通过，在实验过程中不断向熔盐体系中补充药品。

3.9 在 973 K 温度下，Mo 电极上，，LiCl-KCl-NiCl2(2.0 wt.%)-SmCl2(2.0 wt.%)熔盐体系中-1.50 V恒电位电解 6.0 h 制备 Sm-Ni 金属间化合物的 SEM-EDS 图。g. 3.9 SEM-EDS analysis of the SmNi5intermetallic compound obtained by potentiostatic electrolysis a-1.50 V on a Mo electrode in the LiCl-KCl-NiCl2(2.0 wt.%)-SmCl3(2.0 wt.%) melt for 6.0 h at 973 K.在熔盐电解中，Ni(II)和 Sm(III)离子共还原形成表面扩散吸附原子，这些原子最终触形成稳定的原子团。通常假设成核和晶体生长是相变的连续步骤，但是，从现象学角度来看，这些步骤不能严格分开，事实上这两个过程可能同时发生。熔盐电解中晶生长的热力学理论分析了在熔盐体系中形成新物相的条件，指出活性物质自由能的减有利新物相的形成，但形成的新物相表面能却阻碍了 Sm(III)离子的还原，不能形成 金属沉积 Ni 基体上。但是，如果 Sm-Ni 晶核形成后，就是 Sm-Ni 晶体继续生长问。Sm-Ni 晶体吉布斯自由能的表面能系数是各向异性的，在熔盐电解电势平衡态时自能小的条件就是表面能小，所以可以从表面能导出晶体的平衡形态。进一步采用晶体衡形态解释生长着的 Sm-Ni 晶体所呈现的多面体微观形态。如果 Sm-Ni 晶体生长是偏离平衡条件下进行的，表面能所能控制晶体外形的尺寸只能限制为微米尺寸，如果
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TF111.522

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 张明杰,邱竹贤;电位扫描法的原理及在熔盐电解中的应用[J];有色矿冶;1988年01期

2 赵桂芳;熔盐电解制取稀土金属过程的一般规律[J];江西有色金属;1988年02期

3 王容华,黎茂梁,李洪桂;CeCl_3-KCl熔盐电解过程中熔盐和金属铈与电极材料之间润湿性的研究[J];稀有金属与硬质合金;1989年03期

4 赵桂芳;;熔盐电解制取稀土金属过程界面现象[J];江西有色金属;1989年01期

5 赵桂芳;;熔盐电解制取稀土金属技经指标与工艺条件的关系[J];江西有色金属;1989年02期

6 陆庆桃;颜晓勇;;熔盐电解技术在重有色冶金中的应用[J];上海金属.有色分册;1989年04期

7 肖海明;刘业翔;;冰晶石-氧化铝熔盐系氧离子迁移数的推测[J];中南矿冶学院学报;1989年02期

8 杜森林,唐定骧;熔盐电解法制取稀土金属和合金在我国的某些研究进展[J];稀有金属;1986年04期

9 张旭熙;潘艳芳;邝国春;毛建辉;;稀土氟化物体系熔盐电解下埋阴极试验炉炉衬材料的选择分析[J];江西化工;2017年04期

10 赵志强;贾海军;闫冰夷;;稀土氯化物熔盐电解原料对电流效率的影响[J];包钢科技;2005年S1期

相关会议论文 前10条

1 陈国华;;稀土熔盐电解技术研究进展[A];2016全国稀土冶炼与环境保护技术交流会会刊[C];2016年

2 陈朝轶;李军旗;王家伟;;熔盐电解法制取海绵钛机理初探[A];2012年全国冶金物理化学学术会议专辑（上册）[C];2012年

3 汪的华;马猛;蒋凯;胡晓宏;金先波;陈政;;熔盐电解提炼金属钛新技术研究[A];第十三次全国电化学会议论文摘要集（下集）[C];2005年

4 魏晓明;徐孝仁;;熔盐电解钕中碳的形态及其变化的研究[A];首届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];1992年

5 张密林;韩伟;杨育圣;颜永得;张萌;薛云;;熔盐电解分离氧化钐、氧化钆混合物[A];第九届全国核化学与放射化学学术研讨会论文摘要集[C];2010年

6 颜永得;张密林;韩伟;薛云;张萌;张志俭;;熔盐电解制备AI-Li-Eu合金-应用于乏燃料中提取镧系元素[A];第九届全国核化学与放射化学学术研讨会论文摘要集[C];2010年

7 高筠;赵会肖;王岭;周正;毛磊;;NiO-La_2O_3熔盐电解制备LaNi_5的机理探讨[A];2010年全国冶金物理化学学术会议专辑(上册)[C];2010年

8 刘强;戴磊;张正飞;李旭;王岭;;直接熔盐电解Nb_2O_5/C混合物制备NbC粉末[A];第十九届全国高技术陶瓷学术年会摘要集[C];2016年

9 林如山;叶国安;何辉;欧阳应根;唐洪彬;;熔盐电解CeO_2制备金属铈工艺的基础研究[A];中国原子能科学研究院年报 2009[C];2010年

10 曾桂生;谢刚;杨大锦;;钙熔盐电解石墨阳极破损机理及防护研究[A];2004年全国冶金物理化学学术会议专辑[C];2004年

相关重要报纸文章 前5条

1 唐诗全;攀钢熔盐电解法制钛研究填补国内空白[N];攀枝花日报;2013年

2 白茂槐;我国稀土熔盐电解技术获重大突破[N];中国冶金报;2003年

3 ;我国稀土熔盐电解技术获重大突破[N];今日信息报;2003年

4 商立今;包头稀土熔盐电解技术有突破[N];中国有色金属报;2003年

5 ;加快科技创新推动“两区”跨越发展[N];柴达木日报;2012年

相关博士学位论文 前10条

1 王英财;Cu和Mg电极上熔盐电解提取分离镨、钆、铒的研究[D];哈尔滨工程大学;2018年

2 柳玉辉;Sm基功能化合物的熔盐电解制备及性能研究[D];哈尔滨工程大学;2018年

3 容亮斌;熔盐电解制备锗基和硅基材料[D];武汉大学;2015年

4 李泽全;TiO2熔盐电解制备钛及其反应机理的研究[D];重庆大学;2011年

5 谢宏伟;低温熔盐电解制备铝及合金[D];东北大学　;2010年

6 石先兴;熔盐电解制备非常规价态过渡金属氧化物及其甲醇电氧化载体研究[D];武汉大学;2011年

7 翁威;典型难熔金属含氧酸盐熔盐电解金属的基础研究[D];北京科技大学;2018年

8 李伟;新型固态氧化物熔盐电解模式与机理研究[D];武汉大学;2010年

9 贾明;氟化物熔盐体系中Si的电化学提取与提纯[D];中南大学;2011年

10 杨育圣;熔盐电解法分离钐、钆、镝的研究[D];哈尔滨工程大学;2014年

相关硕士学位论文 前10条

1 刘威;熔盐电解碳素铁合金制备纯净铁合金及碳化物衍生碳研究[D];安徽工业大学;2017年

2 蔡伯清;DyF_3-LiF熔盐电解主体系物理化学性质研究[D];江西理工大学;2018年

3 黎永康;基于矿相重构提取熔盐电解渣中稀土的研究[D];江西理工大学;2018年

4 刘洋;由水氯镁石直接合成熔盐电解制备镁合金[D];中国科学院大学(中国科学院过程工程研究所);2017年

5 潘平;熔盐电解制备储氢用稀土合金的机理研究[D];北京有色金属研究总院;2017年

6 刘许e

本文编号：2682652