新型铝电解用TiB2-TiB/Ti复合阴极材料的熔盐电沉积法制备及其电极过程动力学研究

针对现行铝电解生产的弊端，本项目提出以金属Ti为基体，采用熔盐电沉积法在金属钛基体上沉积形成新型的TiB2-TiB/ Ti复合铝电解阴极材料；以循环伏安电位扫描、线性伏安法、恒电位阶跃和计时电位法等电化学手段研究在熔盐体系中电沉积形成TiB2-TiB/ Ti复合材料的电极电极过程动力学问题，弄清影响沉积过程的各种因素，实现按照主观意愿控制电极反应，以形成完善的TiB2-TiB/ Ti复合材料的制备方法；采用SEM、TEM、XRD等现代化手段表征TiB2-TiB/ Ti复合材料的组成和微观结构；完成TiB2-TiB/ Ti复合材料的性能测试；模拟铝电解实验，完成TiB2-TiB/ Ti复合阴极材料与铝液的润湿性能以及其抗钠和电解质渗透性能的测试。为获得性能优异的铝电解用TiB2-TiB/ Ti复合阴极材料，以实现从根本上解决铝电解工业环境污染和高能耗问题，奠定坚实的理论基础。

针对目前工业铝电解TiB2可润湿性惰性阴极材料存在的缺点，在国家自然科学基金委员会的资助下，项目“新型铝电解用TiB2-TiB/Ti复合阴极材料的熔盐电沉积法制备及其电极过程动力学研究”获得了资助。项目以金属钛为基体，通过熔盐电沉积的方法制备铝电解用TiB2-TiB/Ti复合阴极材料，并研究TiB2-TiB/Ti复合阴极材料形成过程中的动力学研究。项目历时3年，获得圆满成功，取得了一系列成果：.(1)阐明了在形成TiB2-TiB/Ti复合阴极材料时，活性硼产生的根源；阐明了TiB2-TiB/Ti复合物中硼化物之间转变规律；分析了各种制备条件对TiB2-TiB/Ti复合阴极材料形成的影响规律；获得了不同制备条件下制备TiB2-TiB/Ti复合阴极材料的最佳条件；.(2)从热力学和动力学方面阐明了金属钛表面形成TiB2-TiB/Ti复合阴极材料的机理；提出了TiB2-TiB/Ti复合阴极材料制备过程中的电极过程动力学；.(3)首次阐明了碱金属碳酸盐、稀土La2O3对制备TiB2-TiB/Ti复合阴极材料影响的原因。首次提出了熔盐电沉积制备TiB2-TiB/Ti复合阴极材料的理论模型。.通过本项目的实施完成，为寻找一种全新的铝电解用TiB2可润湿性惰性阴极材料制备方法奠定了基础，对推动铝电解惰性电极研究的开展提供了新的思路；从理论和实践方面为复合梯度材料的制备提供了新的依据。