《固態化合物體相還原的動態三相電化學界面動力學研究》是依託武漢大學，由金先波擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：固態化合物體相還原的動態三相電化學界面動力學研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：金先波
- 依託單位：武漢大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
許多傳統冶金過程往往流程長、能耗高、環境污染嚴重，近年來報導的熔鹽電解固態化合物冶金新思路因有望克服上述不足而受到廣泛關注。目前，這種方法已大量用於不同金屬及合金的製備研究，但關於固態化合物體相還原的巨觀動力學的理論研究卻非常缺乏。申請者在前期研究工作中認識到固態陰極過程明顯區別於傳統電極過程，以動態三相電化學界面、動態多孔擴散層、動態固液相電阻為典型特徵。本項目擬求解三相電化學界面在不同電化學調製下平面、球面移動時的Fick第二定律，建立固態陰極還原時的離子傳質圖像和速率方程；建立擴散係數、固液相電阻等動力學參數的測定方法；建立預測固態電極最佳化結構參數的理論方程，從而系統發展動態三相電化學界面動力學理論，並在對SiO2，TiO2，Ta2O5，Nb2O5，Cr2O3等體系的大量實驗研究中檢驗、修正及套用所構建的理論與方法。研究成果具有重要基礎理論意義和實踐指導價值。
結題摘要
許多傳統冶金過程往往流程長、能耗高、環境污染嚴重。近年來報導的熔鹽電解固態化合物冶金新思路因有望克服上述不足而受到廣泛關注。目前，這種方法已大量用於不同金屬及合金的製備研究，但關於固態化合物體相還原的巨觀動力學的理論研究卻非常缺乏。有鑒於此，本項目研究的主要研究內容包括：（1）在充分考慮固態金屬化合物電解還原製備金屬過程中的動態三相電化學界面、動態多孔擴散層、動態固液相電阻等典型特徵，分別構建了電化學界面平面一維移動、柱面二維移動以及球面三維移動等物理圖像下的傳質速率方程；（2）通過求解Fick第二定律構建了上述三種電化學界面移動條件下固態化合物陰極脫氧、脫硫過程中離子的瞬間釋放擴散模型，並在此理論基礎上設計實驗方法確定了固態金屬氧化物陰極、固態金屬硫化物陰極中氧離子、硫離子的擴散係數；(3) 推導了片狀電極、圓柱電極、球形電極等的最佳化電極結構的定量預測模型，並通過TiO2、Ta2O5以及SiO2等固態陰極試片電解還原進行了驗證，顯著提高了TiO2的電解效率；（4）通過電解固態金屬氧化物和硫化物研究製備了納米金屬Si、Ta、Ge、W、Mo、NiB等多種金屬和合金，尤其開展了將具有豐富礦藏資源的MoS2電分解為金屬Mo和單質硫的系統研究；（5）受上述理論研究過程啟發，提出了在氯化鎂熔鹽中通過避免氧離子擴散從而實現固態氧化物快速電解還原的金屬粉體材料製備新思路，並以ZrO2，Ta2O5的電解為例進行了概念驗證。該新電解方法具有反應速度快、電流效率高、電解能耗低、惰性石墨陽極等諸多優勢。項目研究可為發展新型冶金技術及材料製備技術提供重要的理論及實踐指導。
