直接电解法制备碱金属钾铷铯的电化学研究

摘要

碱金属钾、铷、铯以其独特的物化性能而在生物医药、电子器件、特种材料及新型能源等领域应用广泛。由于碱金属化学性质活泼,还原性太强而无法直接从水溶液中电解还原。高温熔盐电解法是制备活泼金属的常用方法之一。但相比水溶液体系,熔盐体系的电化学过程还有待进一步研究。室温离子液体的出现为温和条件下电解制备碱金属单质提供了一条可能的途径。离子液体融合了高温熔盐和水溶液的优点,以其电化学窗口宽、导电率高、性能稳定和环境友好等优异性能而在电化学领域得到了广泛的研究与应用。本论文针对室温离子液体和高温熔盐各自的特点,分别研究了其在直接电沉积制备碱金属方面的特性,主要研究内容如下:
　　(1)根据1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸([bmim]BF4)盐离子液体在空气中稳定、电化学窗口较宽以及对钾盐的溶解能力较强的特点,首次较为系统地研究了常温条件下钾离子在上述离子液体中的电化学行为以及不同实验条件如实验温度和搅拌强度对钾离子电沉积过程的影响。
　　(2)根据1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸([bmim]PF6)盐离子液体可在空气中稳定存在及其较宽的电化学窗口和对铷盐良好的溶解能力,较系统地研究了室温条件下铷离子的电沉积过程以及还原生成的铷单质在不同电极材料表面的稳定性;探讨了不同实验条件如金属离子浓度、实验温度和搅拌强度对铷离子在离子液体中电沉积过程的影响。
　　(3)分别研究了不同电极材料和电解参数对铯离子在氯化铯(CsCl)熔盐体系和氯化铯+氯化锂(CsCl+LiCl)熔盐体系中电沉积过程的影响并设计了相应的电解装置。
　　(4)讨论了离子液体直接电解法和高温熔盐直接电解法在实验操作过程中出现的问题、未来研究方向以及工业应用的可行性问题。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 碱金属钾铷铯概述

1.1.1 碱金属钾铷铯的物化性质

1.1.2 金属钾的分布、应用及制备

1.1.3 金属铷和铯的分布、应用及制备

1.2 离子液体介绍

1.2.1 离子液体的组成及分类

1.2.2 离子液体的制各方法

1.2.3 离子液体的特性

1.2.4 离子液体的应用

1.3 高温熔盐介绍

1.3.1 高温熔盐的基本性质

1.3.2 高温熔盐电解技术

1.3.3 熔盐电解的特点及应用

1.4 课题选择及意义

第2章 离子液体直接电解制备金属钾的电化学研究

2.1 实验部分

2.1.1 实验药品

2.1.2 实验仪器

2.1.3 电极前处理

2.1.4 不同浓度溴化钾-离子液体溶液的配制

2.1.5 电化学实验

2.2 结果与讨论

2.2.1 溴化钾-离子液体溶液的配制

2.2.2 溴化钾-离子液体体系的电化学特性

2.3 结论

第3章 离子液体直接电解制备金属铷的电化学研究

3.1 实验部分

3.1.1 实验药品

3.1.2 实验仪器

3.1.3 电极前处理

3.1.4 合成离子液体

3.1.5 不同浓度氟化铷-离子液体溶液的配制

3.1.6 电化学实验

3.2 结果与讨论

3.2.1 不同电极材料对铷离子还原过程的影响

3.2.2 不同实验条件对铷离子还原过程的影响

3.3 结论

第4章 高温熔盐直接电解制备金属铯的电化学研究

4.1 实验部分

4.1.1 实验药品

4.1.2 实验仪器

4.1.3 电极前处理

4.1.4 熔盐前处理

4.1.5 电化学实验

4.2 结果与讨论

4.2.1 氯化铯熔盐体系的电化学性能研究

4.2.2 氯化铯-氯化锂熔盐体系的电化学性能研究

4.2.3 高温熔盐电解槽示意图

4.3 结论

结论

参考文献

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录

致谢