共沉积法制备Al–Tm合金的可行性研究

2020-06-13郑家宁

经济技术协作信息 2020年16期

关键词：虚线方波熔盐

◎ 郑家宁

一、实验部分

1.试剂与仪器。

实验过程中使用的药品：

LiCl、KCl、AlCl3、Tm2O3、HCl、HNO3、CH3COCH、AgNO3、Mo、C、刚玉坩埚、刚玉套管。

实验过程中使用的设备：

电化学工作站、X-射线衍射仪、坩埚式电阻炉、电子天平、电感耦合等离子体发光谱仪、电热恒温鼓风干燥箱。

2.电解质与电极体系。

本实验所采用的电解质为等质量比的LiCl-KCl。

采用经典的三电极体系，即研究电极、参比电极和辅助电极。本论文中的工作电极为W，Ag/AgCl为参比电极，辅助电极为石墨棒。

主要的电化学测试方法包括循环伏安、方波伏安。通过循环伏安曲线可以判定各金属离子的还原顺序，以及还原电位的范围，由方波伏安曲线可以计算出某反应的转移电子数。

二、Al（III）和Tm（III）共沉积过程的研究

1.Tm2O3的氯化。

在LiCl–KCl熔盐体系中Tm2O3可以被AlCl3氯化而释放出Tm（III）离子。反应如下：

2.循环伏安曲线。

图1为上述熔盐体系中，在753K下W电极上得到的典型循环伏安曲线。在图中没有观察到图4.20中位于 1.0V左右对应于Al（III）/Al的信号，表明AlCl3已经被成功地从熔盐体系中去除。

图2为753K时，在LiCl–KCl–AlCl3（2wt.%）熔盐体系中加入1wt.%Tm2O3前（实线）后（虚线）在 W电极（S=0.32cm2）上得到的循环伏安曲线。其中C[Al（III）]=2.14×10-4，C[Tm（III）]=7.40×10-5molcm-3。从图中的虚线可以清晰地看到三对信号A/A′、B/B′和C/C′。信号A/A′和C/C′分别是由Al（III）/Al和 Li（I）/Li的还原 /氧化引起的。我们在-1.7V到-2.1V范围内改变循环伏安曲线的换向电位（图3）。当阴极换向电位比-2.00V更正的时候，除了Al（A/A′）的氧化/还原信号外，仅仅能观察到一对氧化/还原信号IV/IV′。但当阴极换向电位变得更负，达到-2.20V时，曲线中出现了一个新的氧化信号V′。因此，阳极信号V′和阴极信号V是一对氧化/还原信号。阴极信号IV和V应该是对应于两种Al-Tm合金的形成。

图 1在含有 Tm （III）（9.30×10–5mol/cm3）的LiCl–KCl熔盐体系中不同换向电位下得到的循环伏安曲线；工作电极为W电极（S=0.32cm2），实验温度为753K，扫描速度为0.2Vs-1。

图2在LiCl-KCl-AlCl3（2wt.%）熔盐体系中加入1wt.%Tm2O3前（虚线）后（实线），在W电极（S=0.32cm2）上得到的循环伏安曲线；扫描速度为0.2Vs-1。

图3753K时，在LiCl-KCl-AlCl3（2wt.%）-Tm2O3（1wt.%）熔盐体系中不同换向电位下得到的循环伏安曲线；扫描速度为0.2Vs-1。

3.方波伏安曲线。

在图2和3中无法清晰的分辨出的阴极信号B和Ⅴ因此，采用比循环伏安更加灵敏的方波伏安法来进一步研究该熔盐体系。图4为在LiCl-KCl-AlCl3（2wt.%）熔盐体系中加入1wt.%Tm2O3前（虚线）后（实线）在W电极（S=0.32cm2）上得到的方波伏安曲线。在添加Tm2O3之前，可以观察到两个信号A和B（曲线肩部），分别对应于Al和一种Al–Li合金的形成。在添加Tm2O3之后，除了信号A和B之外，在信号A和B之间观察到了两个新的信号IV和V，它们对应于两种Al–Tm金属间化合物的形成。