《雙氰胺基離子液體低溫電解製備稀土金屬鑭的基礎研究》是依託昆明理工大學，由張啟波擔任項目負責人的地區科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：雙氰胺基離子液體低溫電解製備稀土金屬鑭的基礎研究
- 項目類別：地區科學基金項目
- 項目負責人：張啟波
- 依託單位：昆明理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
面臨能源短缺和環境惡化的雙重壓力，開發低能耗、低成本、綠色化的稀土金屬製備新方法日漸成為人們研究的重點。本項目針對離子液體性質穩定、導熱導電性良好、電化學視窗寬和環境友好等特點，提出採用雙氰胺基離子液體為電解質，開展稀土金屬鑭的低溫電解製備。研究LaCl3在雙氰胺基離子液體中的溶解配位行為，分析離子液體中La(Ⅲ)的溶劑化結構與最穩定配位構型；建立金屬配合物在陰極/離子液體界面上的電化學反應動力學模型，開展反應動力學研究，探討其電荷轉移機制，揭示離子液體中La(Ⅲ)配合物的電化學還原機理；分析電解參數對電流效率、電耗及陰極產物的影響規律，探索電沉積條件與金屬鑭產物間的關聯性規律，確定離子液體中金屬鑭的形核與生長規律及調控機制，提出相應的技術原型。研究工作為發展金屬鑭的節能減排和綠色生產新技術提供科學依據和技術支撐。
結題摘要
現行的高溫融鹽電解法在製備金屬鑭時存在能耗巨大、效率低、廢氣排放量高且設備腐蝕嚴重等不足。本項目針對離子液體性質穩定、導熱導電性良好、電化學視窗寬和環境友好的特點，提出採用雙氰胺基離子液體為電解質，開展稀土金屬鑭的低溫電解製備。 項目系統研究了具有不同陽離子與DCA-陰離子組合所得雙氰胺基離子液體中LaCl3的溶解配位行為；333 K時，LaCl3在咪唑型-[BMIM]DCA、吡啶型-[BMP]DCA 和季銨型-[Me3NBu]DCA 三種不同類型雙氰胺基離子液體中的溶解度分別為2.82，3.63和2.35 g/100g-ILs，滿足電沉積的需求；確定了離子液體中La(Ⅲ)的穩定配位構型為[La(DCA)4]-，其還原為受擴散控制的準可逆過程，333 K條件下，擴散速率為1.17 × 10-10 cm2 s-1；選取惰性陽極，恆電位沉積可在鉑基體上得到金屬鑭沉積層。通過控制電位可得到不同納米結構的金屬鑭，隨著沉積電位的負移，其晶粒細化，形貌從均勻納米顆粒向蓬納米多孔、海綿狀結構轉變。但由於納米構型金屬鑭活性很高，極易氧化，不利於獲得高純金屬鑭。雙氰胺基離子液體[BMP]DCA中，通過誘導電沉積引入鹼金屬Ni可實現Ni-La合金共沉積，成功穩定了納米構型的金屬La，抑制其氧化；333 K，-1.30 V vs.Ag /AgCl恆電位沉積控制電量密度為1.5 C cm-2可得到納米顆粒組裝的多孔狀構型的合金薄膜。合金中La與Ni的協同作用不僅引發形貌重組並修飾了Ni-La合金表層Ni原子的電子結構，進一步激發了單質Ni的本徵催化活性和穩定性，獲得了具有高催化析氫性能的Ni-La合金薄膜材料。研究工作為低溫電沉積製備金屬鑭及其合金提供了一種新途徑，具有較好的套用前景。 低共熔離子液體可替代雙氰胺基離子液體用於電沉積製備鎳基-稀土合金薄膜材料，在Ethaline中，分別以NiCl2和Ce(NO3)3為鎳和鈰鹽前驅體，控制-0.85 V vs.Ag/AgCl電量密度5 C cm-2條件下，可得到具有優異催化析氧性能的Ni-Ce合金薄膜材料。將低共熔離子液體作為電解質用於電沉積製備納米鎳基-稀土複合催化電極材料，為尋找貴金屬電催化劑替代物提供了新方向。
