《熔鹽電解法製備微觀有序多孔碳和高熔點金屬的研究》是依託東北大學，由王淑蘭擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：熔鹽電解法製備微觀有序多孔碳和高熔點金屬的研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：王淑蘭
- 依託單位：東北大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
多孔碳材料具有優異的物理化學性能，被廣泛套用於儲氫、儲鋰、儲能、催化載體等領域的研究中。多孔碳材料包括活性炭、模板碳、碳納米管和碳化物衍生碳等，其結構和形貌與製備方法有關。本項目以高熔點金屬的碳化物為原料，通過熔鹽電解，使碳化物中的金屬失去電子，脫離碳化物，在陰極上沉積為金屬；留下的碳則形成孔隙均勻、孔徑可控、結構有序的新型多孔碳材料，通過調控電解過程參數，控制多孔碳材料的孔結構和形貌及金屬晶體的生長。整個過程充分利用原料，不產生污染環境的物質，開闢了新的多孔碳功能材料的研究領域。本項目研究內容涉及熔鹽電解法製備微觀有序多孔碳材料和高熔點金屬的冶金物理化學過程、多孔碳材料與金屬晶體的性質及形貌表征等材料科學基礎、多孔碳材料儲能、儲鋰等性質的研究與套用等領域。本項目旨在獲得熔鹽電解法製備新型微觀有序多孔碳材料及其電化學性能，和以碳化物為陽極製備高熔點金屬的科學規律，發展冶金物理化學研究方法。
結題摘要
本項目以碳化鈦為原料，通過熔鹽電解方法,成功地可控制備了高度疏鬆有序結構的碳化鈦衍生炭（TiC-CDC）和金屬鈦與鈦鎳合金。研究了不同電解溫度下熔鹽電解製備的衍生炭的結構及作為超級電容器的儲能性能，獲得了電解溫度和電壓對衍生炭結構和儲能性能的影響；研究了熔鹽電解法製備高熔點金屬及鈦鎳合金的動力學，獲得了電解電流隨著外加電壓變化的規律，為熔鹽電解製備高熔點金屬提供了指導；研究了電沉積產物鈦及鈦鎳合金的形貌和組成及電解質組成對鈦鎳合金的形貌和組成的影響規律，建立了一種短流程綠色環保的鈦鎳合金製備方法。 衍生炭呈現兩種不同的生長方式，沿固體電極與熔鹽的界面的橫向生長和沿電極內部縱向生長。橫向生長生成了一維炭棒，縱向生長生成了疏鬆的雪花狀炭。衍生炭由有序的石墨和無序的碳兩種結構組成，製備溫度影響衍生炭的結構，溫度升高，有序石墨的含量增加。在800 oC溫度下製備的TiC-CDC晶體尺寸為4.4-4.7 nm，比表面積和孔體積分別達到904 m2/g和0.45 cm3/g。用碳化鈦衍生炭組裝的超級電容器呈現出優異的性能，以1 M Na2SO4溶液為電解質，3A/g電流密度下的電容值高達129F/g。 碳化鈦作為陽極能夠溶解進入NaCl-KCl熔鹽中，溶解過程是金屬鈦失去兩個電子的一步可逆反應。在1.3 V電壓下電解製備的金屬鈦呈枝晶形貌，是晶格參數為=0.2956 nm、c=0.4684 nm的a相，純度高、無雜質。以碳化鈦為陽極、以NaCl-KCl-NiCl2熔鹽為電解質，電解獲得了鈦鎳合金。通過調控NaCl-KCl中NiCl2的濃度和電解電壓，實現了對鈦鎳合金組成的調控。增加熔鹽中NiCl2的濃度，鈦鎳合金中鎳的含量增加。 與美國卡內基梅隆大學材料科學與工程系Rohrer教授、英國皇家學會Nanoscale的副主編、化學系教授金榮超開展了合作與交流；並多次參加國際會議並做分會主席在國際著名期刊《Journal of Materials Chemistry》等發表6篇Sci檢索論文，培養碩士研究生7名。
