软化学法制备新能源材料-聚变堆用氚固态增殖剂Li2TiO3的基础研究

针对人类日益突出的能源短缺和环境恶化问题，核聚变能源的发展已引起世界各国的关注。作为核能关键材料之一的Li2TiO3以其良好的产氚性能，被公认为是一种最有前途的核聚变堆用固态氚增殖剂。本项目针对现行Li2TiO3合成方法中原料价格昂贵、制备流程冗长和成本高等不足，提出采用软化学法，直接用钛冶金中间产品TiCl4制备Li2TiO3，在水溶液中当高活性TiO2前驱体形成之时，使Li嵌入其结构中，通过原位相转化合成Li2TiO3。通过研究，查明由TiCl4制备Li2TiO3的可能性及可行性，揭示Li2TiO3的形成机理，找出原位相转化过程物质的组成、结构和形貌的演变规律，进而制备高品质的Li2TiO3。本项目将化-冶-材多学科交叉，将TiO2的制备与Li2TiO3的制备过程集成，合成过程简单，成本低，材料性能易控，基本无三废。本申请将用于支持国家清洁能源发展规划，促进我国核能工业的可持续性发展。

针对人类日益突出的能源短缺和环境恶化问题，核聚变能源的发展已引起世界各国的关注。作为核能关键材料之一的Li2TiO3 以其良好的产氚性能，被公认为是一种最有前途的核聚变堆用固态氚增殖剂。本项目针对现行Li2TiO3合成方法中原料价格昂贵、制备流程冗长和成本高等不足，采用软化学法，以低成本的钛冶金中间产品TiCl4为钛源，通过原位水解-相转化技术，在常压水溶液中成功合成了亚稳态α-Li2TiO3。通过热力学研究，首次绘制了高温下Li-Ti-H2O系E-pH图，揭示了钛系新能源材料TiO2、Li4Ti5O12、Li2TiO3等在水溶液中的稳定性及其变化趋势，有效地预测了水溶液中TiO2、Li4Ti5O12、Li2TiO3的合成条件，查明了在常压水溶液中以TiCl4为钛源合成亚稳态α-Li2TiO3的最佳技术路线和技术参数，揭示了原位水解-相转化法合成Li2TiO3的机理，验证了Li-Ti-H2O系热力学研究结果的可靠性及本项目所提出的软化学法合成Li2TiO3技术路线的可行性。通过实验系统考察了所得α-Li2TiO3粉末的烧结行为。在95℃下通过一步水解-相转化法合成的α-Li2TiO3性能最佳，其压片后经1000℃烧结4h，密度可达91%T.D.，线性收缩率约为14%，圆片表面小孔分布均匀；进一步提高烧结温度至1050℃时，密度可达95%T.D.，技术指标优于国内外同类技术水平。本项目的技术方案简单、成本低、可行性大、可控性强，具有良好的应用前景。