Y(Ⅲ)在Cu、液态Bi电极上的电化学行为及其合金的制备

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在全球科学技术飞速发展的背景下,稀土金属及其合金在永磁材料、储氢材料等方面已经有了重大突破,稀土金属材料在航空航天、航海技术、武器装备等领域发挥着重要作用。熔盐电解是制备稀土合金的一种重要方法,因此本文研究了LiCl-KCl共晶熔盐体系中,稀土Y(Ⅲ)离子在W电极、Cu电极和液态Bi及Bi膜电极上的电化学行为,并在不同条件下电解制备了Cu-Y和Bi-Y合金。研究内容如下:  (1)在LiCl-KCl熔盐体系中,在W电极上采用不同频率测定了Y(Ⅲ)离子的方波伏安曲线,计算得到五种频率下转移电子数的平均值为3.191,证明了 Y(Ⅲ)离子在 W电极上的还原是一步转移三个电子的过程。利用循环伏安法和计时电位法分别计算了在不同温度下Y(Ⅲ)离子在熔盐电解质中的扩散系数,并根据Arrhenius公式计算了两种不同方法得到Y(Ⅲ)离子在熔盐电解质中的扩散活化能,两者相差较大,分别为34.01 kJ mol-1和24.54 kJ mol-1。  (2)温度为773 K,在LiCl-KCl熔盐体系中,研究了Cu(Ⅱ)离子在Mo电极上的电化学行为,结果表明 Cu(Ⅱ)离子在 Mo电极上的还原过程是两步电子转移完成的:Cu(Ⅱ)+e-→Cu(I); Cu(I)+e-→Cu(0)。研究了Y(Ⅲ)在Cu电极上的电化学行为,计算了Y(Ⅲ)离子在Cu电极上的欠电位值,通过开路计时曲线计算了五种Cu-Y金属间化合物在773 K下的标准摩尔生成吉布斯自由能。并通过恒电位和恒电流电解制备Cu-Y合金样品,样品由SEM-EDS和XRD表征分析可知在-1.80 V恒电位电解5 h得到的镀层为Cu4Y,在-1.90 V恒电位电解5 h得到的镀层为Cu2Y。  (3)温度为773 K,在LiCl-KCl-YCl3熔盐体系中,测定了Y(Ⅲ)离子在液态Bi电极上的循环伏安曲线,得出Y(Ⅲ)离子在液态Bi电极上的沉积电位比惰性电极上正了约0.93 V,说明Y(Ⅲ)在液态Bi电极上发生了欠电位沉积。在LiCl-KCl-BiCl3熔盐体系中,研究了Bi(Ⅲ)离子在W电极上的电化学行为,通过不同扫速的循环伏安曲线计算得到773 K温度下Bi(Ⅲ)离子在熔盐中的扩散系数为5.68×10-6 cm2 s-1。同时研究了Y(Ⅲ)离子在Bi膜电极上的电化学行为,与Y(Ⅲ)在W电极的循环伏安和方波相比,在Bi膜电极上出现了两个新的还原峰,是由于生成两种不同的金属间化合物。通过开路计时电位法,计算得到BiY和Bi3Y5金属间化合物标准摩尔生成吉布斯自由能分别为-208.99 kJ mol-1和-929.15 kJ mol-1。最后,以液态Bi电极作为阴极,采用恒电流电解制备了Bi-Y合金,并对合金样品进行SEM-EDS和XRD表征,结果表明合金中存在Bi和BiY两相。
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