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Existence of Al2F-7^- in molten MF–AlF3(M = K, Cs) systems as determined by Raman spectroscopy and structural simulation

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Journal of Energy Chemistry 2020年第5期29卷 19-23页

作者： Ming Lin Xianwei Hu zhongning shi Bingliang Gao Jiangyu Yu Zhaowen Wang School of Metallurgy Northeastern UniversityShenyang 110819LiaoningChina Key Laboratory for Ecological Metallurgy of Multimetallic Minerals Ministry of EducationShenyang 110819LiaoningChina

The molten mixtures of alkali metal fluorides and aluminum fluoride are applied as aluminum electrolytes or brazing fluxes.However,the presence of Al2F-7^-in such molten systems is disputed.In the present study,MF-AlF3(M=K,Cs)systems with molar ratios<1 were studied by in-situ Raman spectroscopy and molecular simulation.The results show that,in addition to AlF6^(3-),AlF5^(2-),and AlF4^-,the systems also contained Al2F-7^-.The characteristic bands in the Raman spectra belonging to Al2F-7^-were located at about 225 cm^-1,315 cm^-1,479 cm^-1,and 720 cm^-1.There are two possible structures of Al2F-7^-,which belong to the D3d and D3hpoint groups.Both of these structures are linear,and their single-point energies were found to differ by only 0.31 kcal/mol.

关键词： MF-AlF3(M=K,Cs)systems Raman spectroscopy Structural simulation Al2F7^- Ionic structure

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TiB2涂层熔盐电沉积制备与表征

稀有金属材料与工程 2024年第2期53卷 449-456页

作者：郭不拘薛正铎张元坤牛子儒刘爱民李松雷以柱石忠宁东北大学多金属共生矿生态化冶金教育部重点实验室辽宁沈阳110819 东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室辽宁沈阳110819 六盘水师范学院化学与材料工程学院贵州六盘水553000

炭阴极在铝电解槽中受熔盐和铝液腐蚀而影响寿命,而TiB2涂层是铝电解槽理想的阴极材料。本实验以石墨为基体,在KF-KCl-K2TiF6-KBF4熔盐中以电流密度0.4~0.7 A·cm^(-2)、温度700~800℃电沉积TiB2涂层,通过XRD衍射仪、SEM-EDS、表面粗糙... 详细信息

炭阴极在铝电解槽中受熔盐和铝液腐蚀而影响寿命,而TiB2涂层是铝电解槽理想的阴极材料。本实验以石墨为基体,在KF-KCl-K2TiF6-KBF4熔盐中以电流密度0.4~0.7 A·cm^(-2)、温度700~800℃电沉积TiB2涂层,通过XRD衍射仪、SEM-EDS、表面粗糙度测量仪及附着力测试仪对不同电流密度和温度下制备的涂层进行表征。结果表明:在石墨基体上可以得到均匀连贯的TiB2涂层;增大电流密度、降低电解温度可以细化涂层晶粒,提高涂层致密性;在0.6 A·cm^(-2)、750℃最优电沉积条件下制得的TiB2涂层的厚度为239μm,择优取向为,表面粗糙度为14.85μm,涂层与石墨基体的结合力为6.39 MPa。

关键词：熔盐电沉积 TiB2 涂层

LiF-[CaF_(2)/YbF_(3)]-Yb_(2)O_(3)熔盐及Yb-Ni合金密度特性研究

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有色金属科学与工程 2024年第2期15卷 189-194页

作者：彭军军王旭蔡伯清石忠宁任如山江西理工大学材料冶金化学学部江西赣州341000 东北大学冶金工程学院沈阳110006

LiF-[CaF_(2)/YbF_(3)]-Yb_(2)O_(3)熔盐体系的密度是电解法制备稀土Yb合金的重要参数。本文采用阿基米德法测量和分析在1173~1573 K温度范围内LiF-[CaF_(2)/YbF_(3)]-Yb_(2)O_(3)体系的密度及其变化规律,同时,利用数学模型估测Yb-Ni合金密度,分析电解过程中熔盐与合金的分离性,结果表明:在1173~1573 K温度范围内,(LiF-CaF_(2))eut(eut为熔盐体系共晶点)体系与(LiF-YbF_(3))eut体系密度均随温度升高而线性降低,同时,摩尔体积均随温度线性递增;(LiF-YbF_(3))eut体系过剩体积随温度线性递减;在1173~1573 K温度区间和Yb_(2)O_(3)质量分数在0~4%范围内,当Yb_(2)O_(3)含量一定时,(LiF-CaF_(2))eut-Yb_(2)O_(3)和(LiF-YbF_(3))eut-Yb_(2)O_(3)熔盐体系的密度均随温度升高而线性降低,当温度一定时,(LiF-CaF_(2))eut-Yb_(2)O_(3)体系在0≤x(Yb_(2)O_(3))≤2.5%范围内呈线性递增,而((LiF-YbF_(3))eut-Yb_(2)O_(3)体系在0≤x(Yb_(2)O_(3))≤3.5%范围内呈线性递增;Yb-Ni合金的密度要高于LiF-[CaF_(2)/YbF_(3)]-Yb_(2)O_(3)熔盐体系的密度,在电解过程中易于分离。

关键词：熔盐密度阿基米德法摩尔体积过剩体积

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有机溶剂电解质在电化学冶金领域的应用

材料与冶金学报 2024年第2期23卷 103-117页

作者：关苹苹刘爱民张保国石忠宁东北大学多金属共生矿生态化冶金教育部重点实验室沈阳110819 山东理工大学化学化工学院山东淄博255049

熔盐电解温度高、能耗大,水溶液电解易导致金属材料氢脆且不能用于活泼金属电解,采用室温非水电解质体系可以解决上述问题对比分析了离子液体、深共晶溶剂、有机溶剂等几种室温非水电解质的特点,重点介绍四氢呋喃-苯、碳酸乙烯酯、1,3-... 详细信息

熔盐电解温度高、能耗大,水溶液电解易导致金属材料氢脆且不能用于活泼金属电解,采用室温非水电解质体系可以解决上述问题对比分析了离子液体、深共晶溶剂、有机溶剂等几种室温非水电解质的特点,重点介绍四氢呋喃-苯、碳酸乙烯酯、1,3-二甲基-2-咪唑啉酮等分别与AlCl_(3),ZnCl_(2),LiNO_(3)等构成的有机溶剂电解质体系在Al,Mg,Nd,La,Zn等金属电沉积方面的研究成果分析电解和电池用电解质的异同点,总结了苯类、醚类、醇类、脂类、四氢呋喃、咪唑啉酮、卤代烃等多种溶剂与有机金属盐、无机盐等溶质,金属氢化物、无机盐等添加剂组成的有机溶剂电解质的性质和特点,介绍其离子结构,概括其在电沉积过程中相关的化学和电化学反应,分析镀层性能与电沉积参数的关系和存在的问题,为从事非水电解质电化学冶金与材料制备研究提供思路。

关键词：有机溶剂非水电解质金属氢化物有机金属盐活泼金属室温电解

1,3-二甲基-2-咪唑啉酮-AlCl_(3)-Cu_(2)O离子液体电沉积金属铜

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中国有色金属学报 2024年第1期34卷 268-278页

作者：关苹苹刘爱民张欣康红光苏克箭孟庆龄刘兆顺石忠宁东北大学冶金学院沈阳110819 东北大学多金属共生矿生态化冶金教育部重点实验室沈阳110819

为找到一种电沉积金属铜的新方法,选用1,3-二甲基-2-咪唑啉酮(DMI)、AlCl_(3)和Cu_(2)O(摩尔比为90∶10∶4)的溶剂化离子混合液体进行铜的恒电位电沉积,并分析了电解质的离子结构、电导率、黏度和密度等。拉曼光谱和核磁共振分析表明DMI... 详细信息

为找到一种电沉积金属铜的新方法,选用1,3-二甲基-2-咪唑啉酮(DMI)、AlCl_(3)和Cu_(2)O(摩尔比为90∶10∶4)的溶剂化离子混合液体进行铜的恒电位电沉积,并分析了电解质的离子结构、电导率、黏度和密度等。拉曼光谱和核磁共振分析表明DMI-AlCl_(3)-Cu_(2)O体系中存在[AlCl2(DMI)_(4)]^(+)、AlCl_(3)(DMI)2和[AlCl_(4)]^(-)等离子团,DMI-AlCl_(3)-Cu_(2)O体系的电导率、黏度和密度随温度在323~373 K区间内呈线性变化。循环伏安研究表明,铜的起始还原电位为-0.4 V(vs Al),还原峰电位为-1.35 V;在-1.1 V至-1.4 V条件下恒电位电沉积得到金属铜,在-1.1 V和-1.4 V电位下电沉积得到的产物表面较平整,在-1.2 V和-1.3 V电位下电沉积得到的产物为纳米针状结构的铜颗粒,直径约为20~40μm。

关键词：溶剂化离子液体铜粉电沉积物理化学性质

氟化氢在氧化铝表面吸附机理的Al8O12团簇模型量子化学计算

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过程工程学报 2024年第2期24卷 218-226页

作者：谭雅婕胡宪伟杨酉坚刘爱民石忠宁汤帅王兆文东北大学冶金学院多金属共生矿生态化冶金教育部重点实验室辽宁沈阳110819

使用密度泛函理论(DFT)对氟化氢分子在由四个氧化铝分子组成的笼状团簇结构表面的吸附行为进行了研究。对吸附过程进行了模拟,并计算了吸附结构、能量以及键级的变化。结果表明,氟化氢分子发生了化学解离吸附,其总吸附能为-267.5 kJ/mol... 详细信息

使用密度泛函理论(DFT)对氟化氢分子在由四个氧化铝分子组成的笼状团簇结构表面的吸附行为进行了研究。对吸附过程进行了模拟,并计算了吸附结构、能量以及键级的变化。结果表明,氟化氢分子发生了化学解离吸附,其总吸附能为-267.5 kJ/mol,该吸附过程为强吸附。整个吸附过程分为两个阶段,首先氟化氢分子解离,解离后的氟原子和氢原子分别吸附在三配位铝及其相邻的氧上;然后氢原子向双配位氧转移,跨越势垒,最终吸附在双配位氧处,而氟原子始终吸附在三配位铝处。

关键词：氧化铝氟化氢分子吸附密度泛函理论计算机模拟团簇

NaCl和LiF对低温铝电解电流效率的影响

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材料与冶金学报 2024年第1期23卷 16-22页

作者：薛正铎郭不拘牛子儒张元坤刘爱民石忠宁东北大学冶金学院沈阳110819 东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室沈阳110819

低温铝电解是铝电解工艺的重要研究方向,熔盐体系的组成对电解温度和电流效率影响较大.为了获得较优的低温熔盐体系组成,在NaF-AlF_(3)-CaF_(2)-Al_(2)O_(3)熔盐体系中添加NaCl和LiF,在840~880℃下电解4 h,分别分析添加剂和Al_(2)O_(3)... 详细信息

低温铝电解是铝电解工艺的重要研究方向,熔盐体系的组成对电解温度和电流效率影响较大.为了获得较优的低温熔盐体系组成,在NaF-AlF_(3)-CaF_(2)-Al_(2)O_(3)熔盐体系中添加NaCl和LiF,在840~880℃下电解4 h,分别分析添加剂和Al_(2)O_(3)的质量分数对电流效率的影响.结果表明:添加10%(质量分数,下同)NaCl时电流效率为72.5%,与传统NaF-AlF_(3)-CaF_(2)-Al_(2)O_(3)熔盐体系电解4 h的电流效率相比提高了16.4%;添加2.5%NaCl-7.5%LiF,5%NaCl-5%LiF,7.5%NaCl-2.5%LiF时电流效率约为68%;添加10%LiF时电流效率为57.8%;当Al_(2)O_(3)质量分数为2%时,NaF-AlF_(3)-5%CaF_(2)-10%NaCl-5%LiF熔盐体系电解2 h的电流效率为48.1%,与Al_(2)O_(3)质量分数为3%时的电流效率相比提高了5.2%.

关键词：低温铝电解电流效率 NaCl LiF

2000—2023年离子液体领域文献计量学分析

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材料导报 2024年第S1期38卷 587-591页

作者：刘畅刘风国李鑫林靖凯刘爱民石忠宁王兆文东北大学冶金学院沈阳110819

离子液体是绿色化学领域里最有发展前景的新型溶剂,被广泛应用于化学合成、冶金提取、催化剂等领域。本文利用文献计量方法和可视化软件,以Web of Science为数据源,从年度发文趋势、国家、作者、机构、发文期刊与关键词聚类、发展趋势... 详细信息

离子液体是绿色化学领域里最有发展前景的新型溶剂,被广泛应用于化学合成、冶金提取、催化剂等领域。本文利用文献计量方法和可视化软件,以Web of Science为数据源,从年度发文趋势、国家、作者、机构、发文期刊与关键词聚类、发展趋势等方面,对2000—2023年发表的离子液体领域文献进行定量统计分析。结果表明,2000年以来,离子液体领域的科研产出量一直稳步上升,目前每年保持在9000篇左右。在全球范围内发文量最多的国家分别是中国、美国和印度。发文最多的机构分别是中国科学院、法国国家科学研究中心和美国能源部。未来离子液体领域在纳米材料、二氧化碳吸附捕获、生物催化降解、金属有机框架等方向上的研究将会成为热点话题。

关键词：离子液体文献计量知识图谱研究热点

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冰晶石-月壤熔盐体系初晶温度的研究

中国有色冶金 2024年第1期53卷 17-23页

作者：刘爱民张元坤李文强郭万辉刘风国胡宪伟石忠宁东北大学多金属共生矿生态化冶金教育部重点实验室辽宁沈阳110819 中铝郑州有色金属研究院有限公司河南郑州450041 营口忠旺铝材料有限公司辽宁营口115000

冰晶石熔盐电解法可实现月壤原位利用制备金属和氧气,研究冰晶石-月壤熔盐体系的初晶温度对电解槽稳定运行具有重要意义。本文以火山渣和玄武岩复配的NEU-1月壤仿真样为原料,与冰晶石、CaF_(2)混合配置电解质,将其作为待测试样,利用差... 详细信息

冰晶石熔盐电解法可实现月壤原位利用制备金属和氧气,研究冰晶石-月壤熔盐体系的初晶温度对电解槽稳定运行具有重要意义。本文以火山渣和玄武岩复配的NEU-1月壤仿真样为原料,与冰晶石、CaF_(2)混合配置电解质,将其作为待测试样,利用差热分析法测量了不同月壤仿真样添加量、不同分子比的冰晶石熔盐体系的初晶温度。结果表明,当分子比为2.2时,随着月壤仿真样添加量从0%增加至24%,冰晶石熔盐体系的初晶温度从974.9℃降低至932.0℃;每添加1%的月壤仿真样,冰晶石熔盐体系的初晶温度降低约1.79℃;当月壤仿真样添加量为8%时,随着分子比从2.2升高至2.7,冰晶石熔盐体系的初晶温度从960.0℃升高至979.4℃。

关键词：冰晶石月壤熔盐初晶温度熔盐电解法电解质