电化学直接还原
电化学还原二氧化碳为甲醇的研究进展
(1)煤种适应性强:该技术采用干煤粉作气化原料,不受成浆性的影响;由于气化温度高,可以气化高灰熔点的煤。
(2)技术指标优越:气化温度一般在1350~1750℃,碳转化率可达99%,煤气中甲烷含量极少(CH 4<0.1%),且不含重烃,合成气中CO+H 2高达90%以上,冷煤气效率高达80%以上。
(3)氧耗低:可降低配套空分装置投资和运行费用。
(4)设备寿命长,维护量小,连续运行周期长。
(5)开、停车操作方便,且时间短(从冷态达到满负荷仅需1h)。
(6)操作弹性大:单炉操作负荷为70%~110%。
(7)粗煤气的高温显热回收利用不充分。
GSP 气化炉与壳牌气化炉一样都存在结构复杂,加工和制造难度大,主要设备需从国外进口,投资大的问题。
2.3 HT-L粉煤加压气化HT-L 炉结构形式与GSP 煤气化技术基本相同,具有以下特点:(1)煤种适应性广,HT-L 气化对煤的特性如煤的粒度、挥发分、粘结性、水分、硫分、含氧量及灰分等均无要求。
(2)技术指标优:气化炉为水冷壁结构,可对粉煤进行高温气化,最高能到1800℃,碳转化率高达99%以上,冷煤气效率可达83%,产品气体洁净,煤气中有效气体(CO+H 2)达到90%左右。
(3)氧耗低:与水煤浆气化相比,氧耗低15%~25%,因而为之配套的空分装置投资可减少。
(4)无需备炉:水冷壁结构无需频繁更换耐火砖,烧嘴等关键设备寿命长,维护量小,连续运行周期长。
(5)具有完全的自主知识产权,很多设备实现了国产化,经过长期运行检验,其运行维护费用较低,生产工艺操作稳定,非常适应我国对煤炭利用技术的要求。
3 粉浆气化粉浆气化技术实质是在气化炉同时喷入煤粉和水煤浆,进而提高整体煤浆浓度,实现煤粉和煤浆的共气化。
该技术以成熟的水煤浆气化和粉煤加压密相输送技术耦合集成。
相比水煤浆气化技术,该技术降低了气化过程的氧耗和煤耗,提高了冷煤气效率和有效气组分含量,增加了气化炉产气能力,同时拓宽了原料煤种的适用范围,实现了煤炭清洁、高效转化利用。
电化学还原.
阴 极
氧 氧 氧 还 还
还 还 氧 氧 颗 粒
还 还 氧 氧
还 还 氧 氧 还 还 还
体系可逆
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间接电化学还原
该氧化还原体系是可逆的, 该氧化还原体系是可逆的,氧化态的媒介在阴 极表面获得电子,先被还原为还原态; 极表面获得电子,先被还原为还原态;还原态媒介 在还原染料颗粒表面将染料还原成染料隐色体, 在还原染料颗粒表面将染料还原成染料隐色体,自 身被氧化成氧化态,因此,整个体系可逆。可逆的 身被氧化成氧化态,因此,整个体系可逆。 氧化还原体系使还原剂的还原性能可再生。 氧化还原体系使还原剂的还原性能可再生。
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还原电解槽
为提高电流效率 和还原速率,设 计的各种形式电 解槽:
过滤网式多 阴极电解槽
预图层层 状电池
固定流化床 反应器
多阴极电解槽
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绿色氢化反应—电催化氢化 绿色氢化反应 电催化氢化
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间接电化学还原
媒介为例, 以Fe II-TEA媒介为例,接电化学还原机理如下: 媒介为例 接电化学还原机理如下:
Fe
3+
L
+
O
e
-
Fe
2+
L
O
-
Fe
2+
L
+
O O
+
Fe
3+
L
氧
氧
氧
氧
氧
O
-
(
葱
葱
) 单
O
阴
-
单
单
氧
氧
【2019-2020年整理】二氧化碳的电化学还原
2. Se/CdSe-Pt纳米薄膜修饰电极 对CO2的光电催化性
本部分利用电化学方法在铂电极上沉 积了Se/CdSe纳米薄膜,并研究了该纳 米薄膜修饰电极对CO2的光电催化还原, 为进一步优化二氧化碳的光电化学还 原提供依据。
Se/CdSe-Pt修饰电极的物理表征
Se/CdSe修饰电极的SEM照片
CO2电化学和光电化学还原的发展趋势
今后 CO2电化学和光电化学还原的研究将更多地集中在以下几个方面: (1)将更多地采用有机溶剂溶解CO2并且利用低温技术 (2)电极采用不同的金属,金属氧化物及合金并控制反应温度以选 择生成物 (3)利用气体扩散电极增加CO2的压强促进反应 (4)利用有机络合物多层膜修饰电极,使产物为更复杂的有机物 (5)对于光电化学还原,反应装置的设计能够大规模地聚集太阳光, 使之能充分利用光能。 (6)研究高效的分离技术,使得产物最好能及时从反应体系中分离 出来。
UV-Vis 漫反射分析
CuO/TiO2粉末紫外-可见吸收光谱
CuO/TiO2修饰Cu电极对CO2还原的光电催化分 析
I / mA
5
0
a b
-5
-10
-15
-1 .4
-1 .2
-1 .0
-0 .8
-0 .6
-0 .4
-0 .2
0 .0
E / V vs.S C E
CuO/TiO2修饰Cu电极在饱和了CO2的0.1 M KHCO3电解液的循环伏图 a: 暗态 b:光照
小结
1.制备的CuO/TiO2 复合物修饰Cu电极对CO2的光电催 化还原表现较高的活性,还原的起始电位在-0.63 V。 2.制备的CuO/TiO2 复合物修饰Cu电极对CO2的光电催 化还原为羧酸类和醇类小分子有较好的选择性。 3. 制备的CuO/TiO2 复合物修饰Cu电极对CO2的光电 催化还原有较好的稳定性。
电化学在环境工程领域中的应用
1.2 电化学技术在处理环境污染物中的应用1.2.1 电化学技术在废水处理中的应用(1) 含无机污染物废水的处理在电镀、冶金及印刷工业中常产生大量的含重金属离子的废水,如有毒重金属离子、氰化物、硫氰酸盐、硫酸盐、硫化物、氨等,一般采用沉淀法进行处理。
但对于碱性溶液中的络合金属离子,此法并不十分有效。
应用电化学处理技术可以将废水中的金属离子质量浓度控制在满意的水平。
电化学方法处理金属离子稀废液的效率取决于被移除粒子的传质速率、电极的有效面积和副反应的发生,而电极的结构和材料是影响传质速率和电极的有效面积的主要因素。
因此,目前电化学方法处理含金属废液工艺的技术核心及研究方向是具有新型电极结构和材料是电解槽的设计开发。
目前,一般电解槽的形式分为二维电极电解槽和三维电极电解槽两种。
二维电极应用最多的是旋转圆筒电极和平面板电极。
旋转圆筒电极电解槽具有均匀的电势和电流密度,溶液在槽内湍流流动,阴阳两电极距离间隔小,槽的占地空间小,电阻损耗小,能够实现不间断生产。
主要应用于Fe 、Cu、Ag、Cr 、Ni 等金属离子的去除或回收。
平面板电极电解槽结构简单,电势和电流密度分布均匀,可以从阴极上取出电沉积的金属污染物,清除沉积物后的电极可重复使用。
三维电极电解槽的电极具有较大的表面积,传质速率高,可在低电势条件下生产,常见的有填充床电极和流化床电极。
有文献报道,应用三维电极处理印染废水其脱色率可达99 % ,CODcr去除率大于80 % ,此外还可用于处理含酚、含油、含菌的废水。
在工业应用实践中,二维电极的效果要优于三维电极,尤其是用旋转圆筒电极处理金属离子稀废液的效果最佳。
(2) 含有机污染物废水的处理电化学方法可以将有机污染物完全降解为CO2和H2O ,此过程被称为“电化学燃烧”。
例如对酚类、含氮有机染料、氰化物等的处理,有机污染物也可以不完全降解,即发生间接电化学反应, 利用电极反应产生强氧化作用的中间物质,将有机污染物(不可降解物质) 氧化转变为可降解物,然后再进行生物处理,最终将其彻底降解。
电解还原法
电解还原法
电解还原法是一种电化学方法,通过在电解池阴极上直接或间接还原污染物,将污染物转化为无害物质或从溶液中分离出来。
这种方法可以分为直接还原和间接还原两种。
直接还原是指污染物在阴极上直接获得电子而发生还原,例如在电化学还原设备中,重金属离子或有机物在阴极上获得电子直接还原为金属或有机物。
间接还原则是利用溶液中电极电势较低的阴离子,在阳极上失去电子时直接发生氧化,从而使电解质中高价或低价金属阳离子直接在阴极得到电子,从而使其还原为低价阳离子或金属沉淀。
在电解过程中,产生的气泡对杂质颗粒的吸附能力较大,并具有较高的分散性,可以作为载体吸附水中悬浮物,从而易于去除污染物。
此外,电解设备还可以用于电解氧化、电解气浮和电解絮凝等作用。
电解氧化是指阳极上污染物在失去电子时直接发生氧化;电解气浮是将废水电解,水分子电离产生H+和OH-,在电场的推动下定向迁移,并将氢和氧分别沉淀于阴极板和阳极板表面;电解絮凝则利用电解产生的不溶性固体物质(如氢氧化铁)作为絮凝剂,促进废水中悬浮污染物的沉降。
电化学法还原硝酸盐废水制氨的研究进展
·3·合成氨与尿素化 工 设 计 通 讯Ammonia and UreaChemical Engineering Design Communications第47卷第2期2021年2月1 概述氮是生物活性和自然循环的必须元素,也是脱氧核糖核酸(DNA )的四种必须元素之一。
78%的大气由氮气组成。
但是,由于其化学惰性,氮气几乎不能与其他物质反应。
惰性氮气基本上是无用的,只有将其转化为氮化合物,氮气才能在生物圈的氮循环中呈现出有意义的活性。
工业固氮产生的氮污染会造成水圈的恶化,水体中过量的氮化合物会导致富营养化,导致赤潮和水生动物窒息。
第二个后果是反硝化过程中排放的一氧化二氮(N 2O )转化为NO ,该温室气体会破坏的臭氧层,具有100a 的升温潜能,约为CO 2的300倍,N 2O 仅次于CO 2和甲烷(CH 4)的第三重要温室气体。
更重要的是,硝酸盐和亚硝酸盐更直接威胁人类健康。
过度摄入亚硝酸盐会导致人体高血压、蓝婴并发症、癌症等。
在农业发展较为广泛的国家和地区,土壤和地下水的硝酸盐和亚硝酸盐的污染极其严重。
部分地区的地下水硝酸盐含量已显著超出饮用水标准,严重威胁用水健康。
从化学的角度上,硝酸盐很容易被转化成为亚硝酸盐,成为对人体更加有害的化学物质。
然而,目前对硝酸盐和亚硝酸盐的工业处理仍然处于较为原始的方法。
其中常用的方法有:离子交换法、生物处理、反渗透法和电渗析法等。
这些传统方法有各自明显的缺陷,近年来,为了实现水中的硝酸盐或亚硝酸盐净化,电催化还原方法成为一种替代工业处理的新兴且更高效的方法。
相比而言,该催化方法可以将水溶液中的硝酸盐或亚硝酸盐还原成氮气或氨气。
氮气无毒无害且不溶于水,会随之逸出到空气中;而氨气则是农业中的重要肥料。
同时,电催化的方法不需要额外的复杂装置,而且稳定的催化剂能循环使用,极大节省经济成本。
因此,对电化学硝酸盐还原的研究进展进行了调查。
首先,讲述了硝酸盐电化学还原过程中涉及的机理。
电化学还原技术从废旧锂离子电池中浸出钴酸锂
电化学还原技术从废旧锂离子电池中浸出钴酸锂基于电化学还原技术,提出在低酸度溶液中电解浸出废旧锂离子电池正极片(LiCoO2的新方法。
线性伏安扫描结果表明:LiCoO2的还原峰电位为0.30 V(vs SC E)验证了此方法的可行性。
通过条件实验对影响钻和铝浸出率的各因素进行考察得到电解浸出的最佳条件电流密度15.6 mA/cm 2 、硫/ . 酸浓度40 g/L、柠檬酸浓度36 g/L、温度45C、时间120 min。
在此优化条件下)钴和铝的浸出率分别为90.8%和7.9%。
电解浸出后)可直接回收铝箔,用扫描电子显微镜(SEM对铝箔表面进行观察,结果表明:铝箔在浸出过程中的腐蚀深度远小于其表面原有点蚀坑的深度前)环境和资源问题日益突出)而大量废弃的锂离子电池对环境和资源所产生的力均不可估量。
如何高效低能耗地回收废旧电池中的有价金属成为面临的重要课题。
目前已经有较多文献对废旧锂离子电池的回收进行报道)但未充分考虑工艺技术与生产成本之间的矛盾平衡)导致工业化进程长期停滞不前。
对废旧锂离子电池进行回收)其关键在于正极片的处理工艺。
铝箔与正极粉用粘接剂牢牢粘结在一起)常规剥离十分困难)其典型分离工艺为直接酸浸和碱煮-酸浸工艺)但其浸出液中成分复杂、净化过程压力较大)且回收的氢氧化铝价值偏低。
后来用有机溶剂溶解分离活性物质和集流体的方法可以回收完整的铝箔)但有机溶剂成本高、毒性大)且存在有机溶剂的循环利用问题。
所以)低成本处理正极片LiCoO2 兼顾回收铝箔成为技术难题之一。
另一方面)在湿法回收工艺中)浸出过程是整个工艺流程的核心,大多以酸浸为主,而H2SO4H2O2法在浸出体系中长期占据重要位置。
高浓度强酸作为浸出剂,且加入H2O2等还原剂,从价格而言不具有优势。
为此,本文作者利用电化学还原法,直接以钻酸锂极片为电解池阴极,在低酸度溶液体系中,一步完成LiCoO2的选择性浸出以及正极粉与铝箔的分离。
由外加电源提供电子,不仅可取代双氧水,而且可对铝箔施以阴极保护,使其剥离后以单质的形式回收。
二氧化碳的电化学还原
二氧化碳电化学还原的实验装置
二氧化碳电化学还原的可能反应途径
在经常的析出氢气的电位(相对于饱和甘汞电极)范围内,
CO2电化学还原的可能反应途径如下: CO2 (g) + 8H+ + 8e → CH4 (g) + 2H2O CO2 (g) + 6H+ + 6e → CH3OH (aq) + H2O CO2 (g) + 4H+ + 4e → HCHO (aq) + H2O E0 = -0.24 V E0 = -0.38 V E0 = -0.48 V
Se/CdSe-Pt修饰电极的物理表征
(101) *
* Se CdSe
(002) (100) *
(102)
(112) (103) (110) *
(202) *
10
20
30
40
2( )
o
50
60
70
80
Se/CdSe薄膜的XRD
Se/CdSe-Pt修饰电极的光电响应分析
5
0
a
I / mA
b
-5
-10
-15 -1.4 -1.2 -1.0 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0.0
E / V vs.SCE
CuO/TiO2修饰Cu电极在饱和了CO2的0.1 M KHCO3电解液的循环伏图 a: 暗态 b:光照
CuO/TiO2修饰Cu电极对CO2还原的光电催化分析
a
修饰电极长时间极化分析
7 6 5
电还原产物的定性和定量分析
电还原产物的高效液相色谱图
ห้องสมุดไป่ตู้同电极上得到还原产物的产量
二氧化碳电化学还原概述
二氧化碳电化学还原概述张琪;许武韬;刘予宇;张久俊【摘要】在过去的几十年里,二氧化碳(CO2)电化学还原技术的迅猛发展越来越引起国际国内的广泛关注.此技术可以利用太阳能、风能、潮汐能等可再生能源及核电/水电的弃电,将温室气体CO2还原为低碳燃料和有经济价值的化学品.这一技术可以促进废弃物(气体)利用以实现能源储存与转换,变废为宝,被认为是一种绿色环保、有发展潜力的CO2处置方法.使用的催化剂和电解质不同,CO2电化学还原过程给出的产物也不尽相同.本文概述了CO2电化学还原的原理以及催化剂、电解质和反应器的发展现状.%Over the past decades,electrochemical reduction of CO2 (ERC) has received widespread attentions due to its ability to store renewable energy from solar,wind,tidal and so on as well as abandoned electricity energy nuclear/hydroelectricity power plants in the forms of low-carbon fuels and valuable chemicals.This technology can promote energy storage and the utilization of waste (gas).It is considered to be a green and promising CO2 disposal method.When using different catalysts,electrolytes and reactor design for ERC,the products and system energy efficiency obtained would be different.Here,we give a brief overview of the ERC fundamentals and the current state of this technology.【期刊名称】《自然杂志》【年(卷),期】2017(039)004【总页数】9页(P242-250)【关键词】CO2电化学还原;催化剂;电解质;反应器【作者】张琪;许武韬;刘予宇;张久俊【作者单位】上海大学理学院,上海200444;上海大学理学院,上海200444;上海大学理学院,上海200444;上海大学可持续能源研究院,上海200444;上海大学理学院,上海200444;上海大学可持续能源研究院,上海200444【正文语种】中文大气中天然二氧化碳(CO2)一般通过化石燃料的燃烧、动植物的呼吸作用、有机物的腐烂等过程产生,而近年大气中CO2浓度快速增加是工业革命以来社会飞速发展所引发的后果,源于化石燃料的大量使用[1]。
电化学还原苯醌
电化学还原苯醌全文共四篇示例,供读者参考第一篇示例:电化学是一种利用电能直接促使化学反应发生的技术,在现代化学研究和工业生产中具有重要的应用价值。
电化学还原是其中的一个重要领域,通过控制电流和电位来促使物质发生还原反应,从而实现对溶液中物质的转化。
本文将围绕电化学还原苯醌这一话题展开讨论,探讨其机理、方法和应用。
苯醌(Quinone)是一类具有强氧化性的化合物,通常含有一个或多个醌基团(Q)。
醌基团具有两个相邻的羰基团,易被还原为两个醇基团。
苯醌在有机合成、药物合成、颜料合成等领域有着广泛的应用,是一类重要的有机功能分子。
由于其易氧化性,苯醌在自然界中很容易被氧化为二醌或其他氧化产物,导致其稳定性较差。
研究如何有效还原苯醌成为了一个重要的课题。
电化学还原是一种有效的手段,可以实现对苯醌的选择性还原。
在电化学还原苯醌的过程中,电子从电极传递到溶液中的苯醌分子中,使其发生还原反应。
由于电极表面能够提供足够的电子,溶液中的苯醌分子可以选择性地接受电子,形成还原产物。
电化学还原苯醌的方法主要有循环伏安法、方波伏安法、恒电位法等,不同的方法可以实现不同程度的控制和选择性。
电化学还原苯醌的机理主要可以分为两类,一类是单电子还原机理,即苯醌接受一个电子形成半还原态的自由基,然后再接受一个电子形成还原产物;另一类是双电子还原机理,即苯醌一次接受两个电子形成还原产物。
在实际应用中,不同的还原机理会导致不同的还原产物,因此选择合适的电化学方法和条件对实现目标产物的合成至关重要。
电化学还原苯醌在药物合成、有机合成等领域有着广泛的应用。
利用电化学还原苯醌可以实现对手性化合物的合成,具有优异的立体选择性。
一些天然产物的合成也可以通过电化学还原苯醌来实现,为制药领域带来了新的思路和方法。
在实际应用中,还需要进一步研究和探索,以实现对苯醌的高效还原和产物的选择性合成。
第二篇示例:电化学还原是一种通过电化学方法将化学物质还原为更低的氧化态的过程。
在LiCl-KCl-AlCl3熔盐中直接电化学还原Sm2O3及Al-Sm合金的形成
Ab s t r a c t :Di r e c t e l e c t r o c h e mi c a l r e d u c t i o n o f S m, O a n d f o r ma t i o n o f A1 . S m a l l o y s w e r e i n v e s t i g a t e d i n L i C 1 - K Cl me l t s b y u s i n g a d d i t i v e A1 C 1 3 a t 8 0 3 K. T h e e l e c t r o c h e mi c a l b e h a v i o r s o f S m2 03 a n d S mC 1 3 r a w ma t e i r a l i n L i C 1 一 KC 1 . A1 C1 me l t s w e r e c h a r a c t e i r z e d b y c y c l i c v o h a mme t r y a n d s q u a r e wa v e v o h a mme t r y . Ga l v a n o s t a t i c e l e c t r o l y s i s wa s c a r r i e d o u t t o e x t r a c t S m e l e me n t f r o m L i C 1 . KC 1 . A1 C 1 3 me l t s , a n d t h e d e p o s i t s we r e c h a r a c t e iz r e d
文献标 识码 : A
文章编号 :1 0 0 1 — 4 8 6 1 ( 2 0 1 3 ) 0 9 - 1 9 4 7 — 0 5
直接还原与间接还原反应的机理比较
直接还原与间接还原反应的机理比较还原反应是化学反应中常见的一种类型,它涉及到电子的转移过程。
在还原反应中,物质接受电子,减少了氧化态,并且同时氧化剂接受电子,增加了氧化态。
根据反应的机理,还原反应可以分为直接还原和间接还原两种类型。
本文将比较这两种反应的机理和特点。
直接还原反应是指反应物直接转移电子,形成产物的过程。
这种反应通常发生在电子供体和电子受体之间,其中电子供体失去电子,而电子受体接受电子。
直接还原反应的机理相对简单,反应速率较快。
一个典型的例子是金属与非金属离子之间的反应。
例如,铁离子可以被铜金属直接还原为铁金属,反应方程式为:Fe^2+ + Cu → Fe + Cu^2+在这个反应中,铜金属失去电子,成为Cu^2+离子,而Fe^2+离子接受电子,形成Fe金属。
这种直接还原反应在电化学领域中被广泛应用,例如电池、电解等。
间接还原反应是指反应物通过中间步骤转移电子,最终形成产物的过程。
这种反应的机理相对复杂,需要经过多个步骤,反应速率较慢。
一个典型的例子是还原剂与氧气之间的反应。
例如,氢气可以作为还原剂,与氧气反应生成水,反应方程式为:2H2 + O2 → 2H2O在这个反应中,氢气作为还原剂,先与氧气发生中间步骤的反应,生成氢氧自由基,然后再与其他氢氧自由基反应生成水。
这个过程中,电子的转移需要经过多个步骤,因此反应速率较慢。
直接还原反应和间接还原反应在反应机理和特点上有一些明显的区别。
首先,直接还原反应的机理相对简单,反应速率较快,而间接还原反应的机理相对复杂,反应速率较慢。
这是因为直接还原反应只需要一个步骤就可以完成电子的转移,而间接还原反应需要经过多个步骤。
其次,直接还原反应通常发生在电子供体和电子受体之间,而间接还原反应通常需要还原剂和氧化剂之间的反应。
这是因为间接还原反应需要通过中间步骤来完成电子的转移。
最后,直接还原反应在电化学领域中有广泛的应用,而间接还原反应通常发生在有机合成等领域。
金银纳米粒子的直接电化学还原合成及其相关的表征
金银纳米粒子的直接电化学还原合成及其相关的表征金银纳米粒子是广泛应用于领域的一种重要纳米材料,其制备方法有许多种,其中直接电化学还原合成法被认为是一种简单、可控性高的制备方法之一。
下面将介绍金银纳米粒子的直接电化学还原合成及其相关的表征。
一、直接电化学还原合成方法直接电化学还原合成法是将金、银阳极直接浸入孔径为10~100 nm的玻璃纤维滤纸孔内,称为拉曼光栅的电化学反应单元中进行电化学还原反应,通过电化学还原,使阳极上的金、银离子逐渐还原为金、银纳米粒子。
在此过程中,还需控制电流密度等参数,以实现对纳米粒子的控制合成。
二、表征方法1. UV-Vis吸收光谱UV-Vis吸收光谱是研究金银纳米粒子的合成最基本的表征方法之一,通过测量金银纳米粒子溶液中的吸收峰值和峰位,可以获取其粒径和形态信息。
2. TEM透射电子显微镜(TEM)是金银纳米粒子表征中的重要手段。
通过TEM,可以直接观察纳米金银粒子的粒径、形态、分散性等,同时可以判断其合成工艺是否良好。
3. XRDX射线衍射(XRD)是一种非常有效的表征金银纳米粒子晶体结构的方法,能够提供纳米晶体的晶格常数、晶体结构等信息。
4. FTIR红外光谱(FTIR)是一种确认表面修饰剂种类和含量的重要手段。
金银纳米粒子表面通常修饰有有机分子、离子等,通过对其红外光谱的分析,可以明确修饰剂的种类和含量,从而提高金银纳米粒子应用的可控性和稳定性。
综上所述,直接电化学还原合成法是一种简单、可控性高的制备金银纳米粒子的方法,而UV-Vis吸收光谱、TEM、XRD和FTIR则是表征金银纳米粒子的主要手段。
在今后的研究中,还需进一步完善和强化纳米材料表征方法的应用,为相关领域的研究提供更好的支撑。
直接电化学还原固态二氧化硅制备硅的研究进展
级硅 . 因此 , 无论 是冶 金级 硅或 是太 阳能 级硅 的生产 工艺 , 均 有 污染 严 重 、 能 耗及 成 本 介
F F C _ 剑 桥工 艺 的 技 术 核 心 是 将 固 态 氧 化 物 制
制 了硅 的广 泛应 用 , 寻求 能耗低 、 环 境友 好 型冶 金级
直 接 电化 学还 原 固态 二 氧 化硅 制 备 硅 的研 究进 展 *
李 伟 , 肖方明 , 王 英 , 唐仁衡 , 肖志平
广东省工业技术研究 院( 广州有色金属研究 院) , 广东 广 州 5 1 0 6 5 0 摘 要: 对熔盐 中直接 电化学还原 ( F F C法 ) 固态二氧化硅制备硅 的基本原理进行 了介 绍 , 对相关研究进
学 界 的研究 热 点 , 按 照 纯 度 可 分 为冶 金 级 ( 金 属级 ,
<5 N) 、 太 阳能 级 ( 6 ~8 N) 和 电子 级 ( 9 ~1 3 N) 三
就采 用熔 盐 电沉 积 法 制 得 纯硅 . 虽然 硅 的 电沉 积 生 产 工艺 及基 础理 论 研 究 取 得 了 一 系列 进 展 , 但 是 实 现工 业 化仍然 遥遥 无期 . 在 2 0 0 0年 9月 , C h e n等 人 报 道 了在 C a C 1 z 熔 盐 中直接 电解 固态 Ti Oz 为 金属 钛 的研 究结 果 , 引起 了各 国学 术 界 和工 业 界 的普 遍关
一种直接还原硝酸银的方法
一种直接还原硝酸银的方法
一种直接还原硝酸银的方法是通过电化学方法进行。
在电化学还原实验中,首先需要准备好实验所需的材料和设备,包括硝酸银溶液、银电极、导线、电源、电解质等。
接下来,按照以下步骤进行实验:
1. 准备电化学池:将两个银电极固定在适当的距离上,使它们能够浸入电解质溶液中。
并将电极的接线端与电源连接。
2. 准备电解质溶液:选择适当的电解质溶液。
常用的电解质溶液有硫酸银溶液、氯化银溶液等,可以根据实际需要选择合适的溶液。
3. 将电解质溶液倒入电化学池中,保证两个银电极完全浸没在溶液中。
然后将电源连接并调整到适当的电位。
4. 开始电还原反应:当电源连通时,正极(阳极)上的银电极开始溶解,而负极(阴极)上的银电极开始析出。
5. 控制电流密度:根据实际需要,可以通过调整电源电压和电流密度来控制阴极上的析银速率。
较低的电流密度可以得到较精细的析银颗粒。
6. 反应结束与分离:当银电极上析银的数量足够多时,可以停止反应,断开电
源。
然后将阴极上的析银物质收集下来,并用适当的方法将阴极上的析银与溶液分离。
该方法通过控制电流密度和电源电压,可以实现直接还原硝酸银。
这种方法具有简单、高效的优点,并且可以得到纯度较高的还原银。
但同时需要注意操作过程中的安全问题,避免电解液的溅泼等意外情况。
在实际应用中,还需要根据具体需要选择合适的电解质溶液,并进行实验参数的调整和优化,以获得更好的还原效果。
电催化碳还原碳酸盐直接还原
电催化碳还原碳酸盐直接还原是一种将碳酸盐转化为烃或其他碳氢化合物的过程。
这个过程涉及到电化学反应,其中碳作为还原剂将碳酸盐中的氧还原为氢气或水。
在电催化碳还原碳酸盐直接还原过程中,通常使用催化剂来加速反应并降低反应所需的能量。
一些常见的催化剂包括金属氧化物、金属碳化物和氮化物等。
反应的具体步骤如下:
1.碳酸盐离子在电极表面吸附。
2.通过电化学反应,碳酸盐离子被还原为烃或其他碳氢化合物。
3.产物从电极表面解吸并离开反应区域。
这个过程可以看作是电化学还原和热力学转化的组合。
在电化学还原阶段,碳酸盐离子被还原为烃或其他碳氢化合物。
在热力学转化阶段,这些中间产物进一步转化为最终产物。
需要注意的是,电催化碳还原碳酸盐直接还原过程需要在特定的条件下进行,例如高温和高压力。
此外,这个过程还需要消耗电能,因此成本相对较高。
因此,在实际应用中,需要综合考虑各种因素,如反应条件、催化剂选择、能源消耗和经济效益等。
电催化技术应用 郑振阳(新)讲解
—— 在金属氧化物MOx阳极上生成的较高价金属氧化物MOx+1 有利于有机物选择性氧化生成含氧化合物;
—— 在MOx阳极上生成的自由基MOx (·OH)有利于有机物氧化 燃烧生成CO2。
具体反应机理如下:在氧析出反应的电位区,金属氧化物表 面可能形成高价态氧化物,因此在阳极上存在两种状态的 活性氧,即吸附的氢氧自由基和晶格中高价态氧化物的氧。
3. 展望
(1)应用前景
a. 在电解过程中产生强氧化性的物质,使有机污染物均相或 异相地被彻底氧化降解成二氧化碳和水;
b. 把生物难降解的有机物通过电化学方法转化为易生物降解 的有机小分子或把有毒有机物转变成无毒有机物,主要是 通过电解使环状化合物开环,生成易生物降解的脂肪类化 合物。
(2)研究方向(目标:工业化应用)
利用电催化氧化处理污水效果图
2. 电催化技术在废水处理中的应用
电催化技术在环境保护中的应用
应用领域
内容
电合成
无机化学品,有机化学品,金属和合金,半导体,导电 聚合物,复合物等。
二次能源
燃料电池,氧化还原反应电池,太阳能电池等。
传感器与环境监测
离子选择性电极,电化学传感器,生物电化学传感器, 电化学在线分析等。
(9)作为一种清洁工艺,设备占地面积小,特别适合于人 口拥挤的城市中污水的处理;
(10)既可以单独处理,又可以与其他处理方法相结合,例 如作为前处理,可以将难降解有机物或生物毒性污染物转 化为可降解物质,从而提高废水的可生物降解性。
2. 局限性
(1)电解法处理有机污染物的机理探讨还很不充分,不能 对电极的选择、工艺的设计、工艺参数的确立起到具体的 理论指导作用;
)电化学还原从阴极
)电化学还原从阴极电化学还原是一种重要的化学反应过程,它发生在电解质溶液中的阴极上。
在这个过程中,阴极吸收电子,发生还原反应。
电化学还原不仅在工业生产中有广泛应用,还在电池、电解等领域发挥着重要作用。
电化学还原的基本原理是通过外加电压将电子从阳极输送到阴极。
当电流通过电解质溶液时,阳极释放出电子,而阴极则吸收这些电子。
在阴极表面,发生还原反应,将化学物质还原为较低的氧化态。
这一过程是通过电子传递和离子迁移实现的。
电化学还原过程中,阴极表面的电子和电解质中的离子发生相互作用,导致化学物质的还原。
在电解质溶液中,离子会向阴极迁移,并与阴极表面的电子发生反应。
这种反应可以形成新的物质,也可以改变原有物质的化学性质。
电化学还原的应用非常广泛。
在工业生产中,电化学还原可以用于提取金属、电镀、防锈等。
例如,通过电化学还原,可以将金属离子还原为金属,实现金属的提取。
在电镀过程中,通过电化学还原可以在物体表面形成一层金属薄膜,起到美化和防锈的作用。
电化学还原在电池中也起着重要作用。
电池是一种将化学能转化为电能的装置,其中的还原反应是电能产生的关键步骤。
在电池中,正极发生氧化反应,负极发生还原反应,从而实现电流的流动。
电化学还原过程使得电池能够提供持续的电能。
除了工业和电池领域,电化学还原还在环境保护和能源领域发挥着重要作用。
例如,通过电化学还原可以将废水中的有害物质还原为无害物质,起到净化水体的作用。
在能源领域,电化学还原可以用于制备氢气燃料,为替代传统石油能源提供了一种可行的途径。
电化学还原是一种重要的化学反应过程,它在工业生产、电池、环境保护和能源等领域都有广泛应用。
通过外加电压,电子从阳极输送到阴极,使化学物质发生还原反应。
电化学还原的应用范围广泛,可以用于提取金属、电镀、环境净化和能源制备等。
电化学还原的研究和应用为人类社会的发展和进步提供了重要支撑。
电化学还原氧化铁
电化学还原氧化铁引言:氧化铁是一种常见的化合物,也是我们日常生活中经常接触到的物质之一。
它具有多种不同的形态和性质,广泛应用于颜料、催化剂、电子材料等领域。
在工业生产和科学研究中,我们常常需要将氧化铁还原为其它形态,以满足不同的需求。
电化学是一种常用的还原氧化铁的方法,本文将详细介绍电化学还原氧化铁的原理和实施过程。
一、电化学还原的原理:电化学还原是利用电流通过电解液中的溶质,使其发生化学反应从而实现还原的过程。
在氧化铁的还原过程中,电流通过电解液中的溶解氧化铁,使其还原为铁离子。
具体来说,电流的作用是将电子输送给氧化铁分子,使其离子化,从而还原为铁离子。
二、电化学还原氧化铁的实施过程:1. 实验装置准备:为了实施电化学还原氧化铁的实验,我们需要准备一个电解槽、电源、电极和电解液。
电解槽通常由玻璃或塑料制成,以容纳电解液和电极。
电源提供所需的电流。
电极可以选择不同的材料,如铁、铜、银等,以适应不同的实验需求。
电解液可以选择酸性或碱性溶液,以便于氧化铁的还原。
2. 实验步骤:第一步,将电解液倒入电解槽中,并确保液面不超过电极。
电解液的选择应根据实验需要进行,例如可以选择硫酸铁溶液。
第二步,将电极插入电解槽中的电解液中。
通常情况下,阳极为氧化铁电极,阴极为可溶解金属电极,如铁电极。
第三步,将电源连接到电解槽中的电极上,并调整电流大小和方向。
通常情况下,我们需要将电流设置为将电子输送给氧化铁的方向,以实现还原。
3. 实验结果:在实施电化学还原氧化铁的过程中,我们可以观察到一系列变化。
首先,氧化铁电极上的颜色会发生变化,从红色或棕色变为铁离子的黄色。
其次,电解槽中的电解液可能会发生气泡的产生,这是电流通过电解液时产生的气体。
最后,电解液中的铁离子浓度会增加,而氧化铁电极上的颜色会逐渐减弱。
三、电化学还原氧化铁的应用:电化学还原氧化铁在许多领域具有重要的应用价值。
首先,它可以用于制备纳米级铁材料,这些材料具有特殊的物理和化学性质,在环境治理、催化剂和电子材料等领域有广泛的应用。
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In situ synchrotron diffraction of the electrochemical reductionpathway of TiO 2qR.Bhagat a,*,D.Dye b ,S.L.Raghunathan b ,R.J.Talling b ,D.Inman b ,B.K.Jackson b ,K.K.Rao c ,R.J.Dashwood aaUniversity of Warwick,Coventry CV47AL,UK bImperial College,London SW72AZ,UK cMetalysis,Rotherham S635DB,UKReceived 2November 2009;received in revised form 17May 2010;accepted 20May 2010Available online 16June 2010AbstractDespite over ten years of work into the low-cost electrowinning of Ti direct from the oxide,the reduction sequence of TiO 2pellets in molten CaCl 2has been the subject of debate,particularly as the reduction pathway has been inferred from ex situ studies.Here,for the first time white beam synchrotron X-ray diffraction is used to characterize the phases that form in situ during reduction and with $100l m resolution.It is found that TiO 2becomes sub-stoichiometric very early in reduction,facilitating the ionic conduction of O ions,that CaTiO 3persists to nearly the end of the process and that,finally,CaO forms just before completion of the process.The method is quite generally applicable to the in situ study of industrial chemical processes.Implications for the industrial scale-up of this method for the low-cost production of Ti are drawn.Ó2010Acta Materialia Inc.Published by Elsevier Ltd.All rights reserved.Keywords:Electrochemistry;Titanium;Synchrotron radiation;XRD;Phase transformation kinetics1.IntroductionIn the FFC Cambridge process,metal oxides are electro-chemically reduced to metal using a molten chloride flux [1].Currently the Kroll process is used to produce Ti from rutile [2];potentially,the FFC process may lead to a step change in the cost of extraction of this and other alloy systems.The process involves the progressive reduction and deox-idation of a porous TiO 2pellet cathode in a molten halide salt [1].At the cathode TiO 2is reduced to Ti.The oxide ions dissolve into CaCl 2and then migrate to a C anode,formingCO 2and CO.This reduction pathway has been studied using pellet reductions [3],metal-cavity electrode [4–6]and thin-film electrode experimentation [7,8].Using cyclic voltamme-try and X-ray diffraction (XRD)analysis of thin films aftereach event,the electrochemical events C4,C3,C20,C2and C1,corresponding to reactions (1)–(6),respectively,have been identified during reduction.Despite being observed in XRD,the formation of CaTiO 3was not observed on the vol-tammograms and was therefore believed to form via a chem-ical reaction [9].2TiO 2þ2e À!Ti 3O 5þO 2Àð1Þ2Ti 3O 5þ2e À!3Ti 2O 3þO 2Àð2ÞCaTiO 3þ2e À!Ca 2þþTiO þ2O 2Àð3ÞTi 2O 3þ2e À!2TiO þO 2Àð4ÞTiO þ2e À!2TiO þO 2Àð5ÞTiO 2þCa 2þþO 2À!CaTiO 3ð6Þ1359-6454/$36.00Ó2010Acta Materialia Inc.Published by Elsevier Ltd.All rights reserved.doi:10.1016/j.actamat.2010.05.041qR.J.D.and D.D.conceived and designed the study.B.K.J.,R.J.D.and D.D.designed the apparatus,which B.K.J.built and commissioned.R.B.,R.J.D.,D.D.,S.L.R.,R.J.T.and K.K.R.conducted the experiments.R.B.and S.L.R.analysed the data with support from R.J.T.,R.J.D.and D.D.The paper was written by R.B.with contributions and editing from R.J.D.,D.D.,D.I.,R.J.T.and S.L.R.*Corresponding author.E-mail address:r.bhagat@ (R.Bhagat)./locate/actamatActa Materialia 58(2010)5057–5062The reduction pathway of TiO2can be rationalized using an electrochemical predominance diagram[9](Fig.1a), which indicates the thermodynamically stable species at dif-ferent potential/oxide activities.The electrolyte oxide content after pre-electrolysis is found to be3–4pO2À(Àlog(aO2À)[10].Fig.1a shows that the evolution of phases at a particular electrode potential is dependent on the electrolyte oxide content.For example,reducing TiO2in an oxide-saturated electrolyte(pO2À=0)will lead to a chemical reaction between CaO and TiO2,forming CaTiO3,which would sub-sequently reduce to Ti.If the electrolyte contained lower lev-els of oxide(pO2À=6),then TiO2would reduce through the whilst reducing TiO2,here we are able to present thefirst unequivocal description of the reduction pathway using the crystallographic information gathered(Fig.1b).2.MethodTiO2precursors were formed using reagent-grade TiO2 (99.5%Alfa Aesar),ball milled with ethanol and zirconia spheres for24h.The slurry was dried and the powder ground in a mortar and pestle with a small quantity of dis-tilled water,which acted as a binding agent.0.4g of pow-der was uniaxially compacted at100MPa in a13mm diameter die.The precursors were then drilled to acceptFig.1.(a)Electrochemical predominance diagram for Ca–Ti–O–Cl at1173K.(b)Phase evolution near the pellet surface(1.2mm from the centre).Fig.2.Electrochemical reduction cell used,showing the sampling volumes employed.5058R.Bhagat et al./Acta Materialia58(2010)5057–50621K minÀ1under Ar(BOC pureshield–50mL minÀ1)tothe electrolysis temperature(1173K).The electrolyte was then thermally equilibrated for3h.Prior to experiments the salt was pre-electrolysed for1–3h to remove electroac-tive impurities by polarizing a grade2CP-Ti rod(3mm) vs.the graphite crucible.Following the pre-electrolysis, the precursor was lowered into the molten salt and polar-ized at a rate of0.5mV sÀ1from open circuit to À3100mV vs.the C anode.The ID15A beamline at the ESRF was used to produce an unmonochromated(white)X-ray beam in energy dis-persive mode.A50l mÂ100l m incident beam and5°scattering angle were defined by slits yielding a gauge length of1000l m(Fig.2).The assembly was mounted on a translation stage,allowing nine locations at different heights in the pellet to be studied.Acquisition times were 60s per pattern.The diffraction patterns were analysed by Rietveld refinement using GSAS[11],allowing phases to be identi-fied and atomic fractions obtained.The source spectrum was normalized using both an Al powder and the powder TiO2pattern obtained from the pellet prior to insertion into the cell.Beam hardening within the cell was accounted for by comparison with the initial patterns obtained from the pellet.3.Results and discussionThe scans at the pellet surface(1.2mm)are shown in Fig.1b.Rietveld refinements at key intervals during reduc-tion for position1.2mm are shown in Fig.3.In some cases, due to the small gauge volume,insufficient grains were sampled to produce a powder pattern,resulting in some disparity between observed and calculated peak intensities. Molar fractions of the phases present at each position are shown in Fig.4(e.g.after4h at the1.2mm position, approximately55%CaTiO3and45%TiO2is present;after 10h approximately75%Ti,20%CaTiO3and5%TiO is present).The refined lattice parameters can be used to estimate the interstitial O content in hexagonal close-packed(hcp)a-Ti. The thermal expansion data for the lattice parameters[12], from room temperature to700°C,were combined with the room temperature dependence of O content on the lattice parameter[13].The data used is shown in Table1and the combined thermal and compositional effects are given in Eqs.(7)and(8).The hexagonal a lattice parameter is largely independent of O content,so only the c parameter data was analysed.It was assumed that the Ti thatfirst forms was sat-urated with O(14wt.%O at900°C).The variation in c lat-tice parameter and inferred interstitial O content in the a-Ti phase are shown in Fig.5a.Given the previously discussed assumption made,the inferred interstitial oxygen content (shown in Fig.5a)will have an uncertainty of±0.1at.%O arising from the data showing the dependence of O content on the lattice parameter[13].As such,error bars are not included in Fig.5a as they would not be visible on the scaleR.Bhagat et al./Acta Materialia58(2010)5057–506250595060R.Bhagat et al./Acta Materialia58(2010)5057–5062Fig. 5.(a)Evolution of the a-Ti c-lattice parameter and inferredinterstitial O content and(b)inferred oxygen content of phases presentduring reduction through the pellet.a a Ti¼a0ð1þD T a aÞþCðOÞdadCðOÞð7Þc a Ti¼c0ð1þD T a aÞþCðOÞdcdCðOÞð8ÞAt the beginning of the reduction,TiO2,Ti4O7and CaTiO3 were present at all locations(Fig.4).The presence of Ti4O7is consistent with the general electronic theory of TiO2 [15–17],which states that TiO2will equilibriate in a low oxy-gen atmosphere.This is achieved via the creation of crystal defects,resulting in TiO2being reduced.It should be noted that in addition to Ti4O7,other Magne`li phases(e.g Ti5O9)fit relatively well.Ti4O7is the Magne`li phase most often de-tected during the FFC reduction of TiO2[3,18].The transformation to substoichiometric TiO2phases and the consequent release of O ions into the electrolyte results in the formation of CaTiO3.It has been suggested that the slight reduction of TiO2facilitates the transforma-tion to the CaTiO3perovskite structure[19].Interestingly Ti3O5was not detected during reduction, despite its formation being predicted by Fig.1and by the Ti–O phase diagram[14].Significant quantities were observed previously[3,7]during ex situ analysis of thin films.The narrow homogeneity range of Ti3O5(Fig.1) [14]indicates that significant quantities would only form if the electrode potential were held within the Ti3O5phase field.It is hypothesized that the significant quantities of Ti3O5observed[3]were a result of a disproportionation reaction of Magne`li phases during cooling.Consequently, either the Ti3O5phasefield is traversed rapidly or kinetic considerations prevent its formation.Ti2O3seems to have a significant impact on reduction as it is present throughout the sample.Fig.2shows that Ti2O3 reduces to b-TiO.The monoclinic variants,a-TiO and Ti3O2,were not detected,which is inconsistent with the Ti–O phase diagram[14].The b-TiO then gradually reduces to a-Ti.CaTiO3and CaTi2O4(in the pellet inner regions)were present for most of the reduction.It is believed that the oxy-gen content of CaTiO3does not significantly change until the point of reduction to TiO or Ti.CaTiO3is reported to have a compositional range[20];however,the derived lattice parameters remain quite consistent throughout reduction. The detected CaTiO3is most likely non-stoichiometric,i.e Ca/Ti ratio–1and oxygen sub-stoichiometric(thus CaTiO3could be more accurately referred to as Ca x Ti y O3Àz, where x/y–1and z is related to the number of oxygen vacancies present).It should be noted that between the 1.1h and3.3h pattern in Fig.3,small shifts in the three main CaTiO3peaks to lower d-spacing values can be observed. Such changes suggest limited removal of oxygen ions from the CaTiO3,which distort the crystal structure.Suchfind-ings are consistent with the work of Bak et al.[21],who observed the removal of oxygen ions from CaTiO3to create doubly ionized oxygen vacancies.We previously speculated that CaTiO3may act as a solid electrolyte,allowing the transmission of oxide ions[10],which may account for the consistent stoichiometry.At the surface layers it would appear that CaTiO3is reduced directly to Ti despite the fact that thermodynamically this would only occur at very low pO2À.In the inner layers,CaTi2O4forms at the expense of CaTiO3and TiO.Previously,it was theorized that the for-mation of CaTi2O4was a result of either the electrochemical reduction of CaTiO3or a comproportionation reaction between CaTiO3and TiO.Fig.4shows that the formation of CaTi2O4results in the equimolar consumption of TiO and CaTiO3,indicating that a comproportionation reaction is indeed responsible for its formation(Reaction(9))[3,20]. CaTiO3þTiO!CaTi2O4ð9ÞCaTi2O4has been produced by mixing equimolar or Ti-rich mixtures of CaTiO3and Ti powder with a CaCl2flux at 1000°C[22].When the Ti powder was oxidized to TiO,Ca-Ti2O4was not formed,suggesting the comproportionation reaction has a small positive D G[22].Fig.4shows that the formation of CaTi2O4at the inner layers coincides with the occurrence of Ti in the outer layers(0.6,À0.9and1.2mm). It is speculated that the presence of titanium in close prox-imity,during reduction,makes the comproportionation be-tween TiO and CaTiO3more favourable.Fig.5shows that significant removal of O occurs at events1,2and3.Event1can be identified as the formation of TiO(Fig.4).For the surface layers(1.2,À0.9and 0.6mm),event2was identified as the reduction of TiO to Ti.For the inner layers(0.3and0mm),event2is retarded due to the formation of CaTi2O4.Event3involves the removal of CaO,which occurs at all locations except the pellet centre(0mm).Following the dissolution of CaO,the removal of interstitial O from Ti commences.CaO is detected throughout the pellet at the later stages of reduction and forms when the electrolyte in the pores becomes saturated with oxide ions($22mol.%).The onset of CaO formation correlates with the reduction of CaTi2O4 in the core.This results in a rapid evolution of oxide ions that have to be transported through the pellet pores to the bulk electrolyte.During reduction,the porosity of the pellet(originally60%open porosity)is reduced through a combination of sintering of Ti and formation of titanates. This significantly reduces the pellet permeability,allowing oxide ion saturation to occur.After event2at the inner lay-ers theflux of oxide ions passing through the pellet dimin-ishes.At this point the surface CaO rapidly dissolves, closely followed by the core.We have proposed two mechanisms for the surface for-mation of TiC[10]:(i)A chemical reaction with C dust floating on the electrolyte surface,occurring as the sample is removed.(ii)Electrochemical deposition of C and subse-quent reaction at the cathodic Ti pellet surface.This occurs via the chemical formation of CO2À3via a reaction between CO2formed at the anode and O2Àin the electrolyte(Reac-tion(10)).This complex is then reduced at the cathode forming CaO and C,which chemically reacts with a-Ti to form TiC(Reaction(11)).This is supported by the present in situ data.R.Bhagat et al./Acta Materialia58(2010)5057–50625061CO2þO2À!CO2À3ð10ÞCO2À3þTiþ4eÀ!3O2ÀþTiCð11ÞTiC formation is restricted to the pellet surface and only forms during the later stages of reduction.It is proposed that TiC only forms once the cathode is sufficiently nega-tively polarized for Reaction(11)to occur.The potential at which this occurs is dependent on the activity of boththe CO2À3and more importantly the oxide ions.The oxideion concentration in the region of the pellet will only reduce once reduction is nearly complete,meaning Reac-tion(11)becomes more favourable.There is an increase in c lattice parameter(Fig.5)at the later stages of reduc-tion at positions0.6,0.9,1.2mm,coinciding with the for-mation of TiC.It is suggested that this effect is due to the solubility of interstitial C in a-Ti(approximately $0.5at.%at1373K),leading to an increase in the c parameter.Once the solubility of interstitial C is exceeded, the formation of TiC occurs.4.ConclusionsThe keyfindings of this work can be summarized as fol-lows.Upon entering the low O atmosphere,TiO2quickly forms sub-stoichiometric phases,which significantly improves ionic conductivity over stoichiometric TiO2.In contradiction to previous work[3],CaTiO3forms chemi-cally from the sub-stoichiometric TiO2phases.CaTi2O4 formed from the comproportionation of TiO and CaTiO3 and was detrimental to the reduction process.The phases Ti3O5,a-TiO and Ti3O2were not observed despite being pre-dicted by the Ti–O phase diagram.The formation and even-tual dissolution of CaO was related to the oxideflux within the pellet.The deoxidation of Ti was found to occur only once CaO had been removed locally within the pellet.TiC formed on the reduced pellet surface through an in situ pro-cess,involving the electrochemical deposition of C,but only seemed to occur when the O content in Ti reached approxi-mately$16at.%.The relative ease with which low electrical conductivity TiO2can be reduced via this process can be attributed to the low O2partial pressure.This results in a nearly instan-taneous formation of conductive Magne`li phases.The time required to reduce TiO2pellets appears to be controlled by the formation of Ca compounds(CaTiO3,CaTi2O4and CaO).Their formation reduces the permeability of the pores,effectively causing passivation.Consequently,under-standing the mechanism by which these phases form and how to prevent their formation is key to improving the effi-ciency of the process.The chemical formation of CaTiO3, and the subsequent formation of CaTi2O4could be avoided if lower valence metal oxides(i.e.Ti2O3and TiO)were used as the starting product.Preventing the formation of the titanates will improve permeability and hence decrease the likelihood of oxide saturation and CaO formation. Alternatively,engineering of the preform to maximize ini-tial pore size and permeability could reduce titanate forma-tion.The formation of TiC appears to be unavoidable with the current cell design.Its formation can only be prevented if C-free anodes are employed or a membrane used.AcknowledgementsThe authors gratefully acknowledge the Defence Ad-vanced Research Project Agency(DARPA),the Office of Naval Research and the Engineering and Physical Sciences Research Council(EPSRC)for their support.The authors also thank T.Buslaps,J.Daniels and A.Steuer at the ESRF,together with M.Jackson for their assistance.The results described in this paper were collected in conjunction with data for the reduction of NiTiO3.This work is de-scribed elsewhere[23].References[1]Chen G,Fray DJ,Farthing TW.Nature2000;407:361.[2]Kroll W.Seventy-Eighth General Meeting1940:35.[3]Schwandt C,Fray D.J Electrochim Acta2005;51(1):66.[4]Rao K,Brett D,Inman D,Dashwood RJ.Investigation of thereduction electrochemistry of titanium oxides in molten calcium chloride using cavity electrode.In Niinomi M,et al.,editors.Titanium-2007Science and Technology.Sendai,Japan:The Japan Institute of Metals;2007.p.3.[5]Cha CS,Li CM,Yang HX,Liu PF.J Electroanal Chem1994;368:47.[6]Qiu G,Ma M,Wang D,Jin X,Hu X,Chen GZ.J Electrochem Soc2005;152:E328.[7]Dring K,Dashwood RJ,Inman D.J Electrochem Soc2005;152(3):E104.[8]Chen G,Fray DJ.J Electrochem Soc2002;149:E455.[9]Dring K,Dashwood RJ,Inman D.J Electrochem Soc2005;152(10):D184.[10]Bhagat R.PhD Thesis.London:Imperial College;2008.[11]Larson AC,Von Dreele RB.Los Alamos National LaboratoryReport;2000.[12]Berry RLP,Raynor GV.Research1953;6:21S.[13]David D,Garcia EA,Lucas X,Beranger G.J Less-Common Met1979;65:51.[14]Murray JL,Wriedt HA.Bull Alloy Phase Diagr1987;8:148.[15]Bak T,Nowotny J,Rekas M,Sorrell CC.J Phys Chem Solids2003;64(7):1057.[16]Nowotny J,Radecka M,Rekas M.J Phys Chem Solids1997;58(6):927.[17]Nowotny J,Radecka M,Rekas M,Sugihara S,Vance ER,WeppnerW.Ceram Int1998;24(8):571.[18]Alexander DTL,Schwandt C,Fray DJ.Acta Mater2006;54(11):2933.[19]Jiang K,Hu X,Ma M,Wang D,Qiu G,Jin X,et al.Angew Chem IntEd2006;45(3):428.[20]Bhagat R,Jackson M,Inman D,Dashwood RJ.J Electrochem Soc2009;156(1):E1.[21]Bak T,Nowotny J,Sorrell CC.J Phys Chem Solids2004;65:1229.[22]Rogge MP,Caldwell JH,Ingram DR,Green CE,Geselbracht MJ,Siegrist T.J Solution Chem1998;141:338.[23]Jackson BK,Dye D,Inman D,Bhagat R,Talling RJ,RaghunathanSL,et al.J Electrochem Soc2010;157(4):E57.5062R.Bhagat et al./Acta Materialia58(2010)5057–5062。