LiCl-KCl熔盐体系中镨(Ⅲ)在镍电极上的电化学行为

doi:10.7503/cjcu20140405

高等学校化学学报 ›› 2014, Vol. 35 ›› Issue (12): 2662.doi: 10.7503/cjcu20140405

LiCl-KCl熔盐体系中镨(Ⅲ)在镍电极上的电化学行为

李梅, 李炜, 韩伟(), 张密林, 颜永得

哈尔滨工程大学材料科学与化学工程学院, 教育部超轻材料与表面技术重点实验室, 哈尔滨 150001

收稿日期:2014-04-28 出版日期:2014-12-10 发布日期:2014-11-29
作者简介:联系人简介: 韩伟, 男, 博士, 教授, 博士生导师, 主要从事熔盐电化学研究. E-mail:weihan@hrbeu.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金(批准号: 21271054, 21173060)、国家自然科学基金重大研究计划项目(批准号: 91326113, 91226201)和中央高校基本科研业务经费(批准号: HEUCF201403001)资助

Electrochemical Behavior of Pr(Ⅲ) in the LiCl-KCl Melt on a Ni Electrode^†

LI Mei, LI Wei, HAN Wei^*(), ZHANG Milin, YAN Yongde

Key Laboratory of Superlight Materials and Surface Technology, Ministry of Education, College of Material Science and Chemical Engineering, Harbin Engineering University, Harbin 150001, China

Received:2014-04-28 Online:2014-12-10 Published:2014-11-29
Contact: HAN Wei E-mail:weihan@hrbeu.edu.cn
Supported by:
† Supported by the National Natural Science Foundation of China(Nos.21271054, 21173060), the Major Research Plan of the National Natural Science Foundation of China(Nos.91326113, 91226201) and the Fundamental Research Funds for the Central Universities, China(No.HEUCF201403001)

摘要/Abstract

摘要：

采用循环伏安、方波伏安、计时电位和开路计时电位等电化学方法研究了Pr(Ⅲ)离子在共晶LiCl-KCl熔盐中Ni电极上的电化学行为及Pr-Ni合金化机理. 结果表明, Pr(Ⅲ)离子的电化学还原过程为三电子转移的一步反应. 与惰性Mo电极上的循环伏安曲线相比, Pr(Ⅲ) 离子在活性Ni电极的循环伏安曲线上还出现了4对氧化还原峰, 表明Pr(Ⅲ)离子在Ni电极上发生欠电位沉积, 是由于生成不同的Pr-Ni金属间化合物. 采用X射线衍射仪和扫描电子显微镜-能谱仪等对恒电位电解的产物进行了表征. 结果表明, 在不同电位下进行恒电位电解时, 每个电位上只得到一种Pr-Ni金属间化合物, 分别为PrNi₂, PrNi₃, Pr₂Ni₇和PrNi₅.

关键词: 电化学行为, 欠电位沉积, 恒电位电解, 镨-镍金属间化合物

Abstract:

The electrochemical behavior of Pr(Ⅲ) on a Ni electrode in the LiCl-KCl melt and the alloying mechanism of Pr-Ni alloys were investigated by cyclic voltammetry, square wave voltammetry, chronopoten-tiometry and open-circuit chronopotentiometry. Cyclic voltammetry and square wave voltammetry experiments indicate that the reduction of Pr(Ⅲ) ions into Pr metal occur in a single step with three electrons exchanged. Compared with the cyclic voltammograms on an inert Mo electrode, four reduction peaks are observed, which indicates the under-potential deposition of Pr(Ⅲ) on the reactive Ni electrode due to the formation of Pr-Ni intermetallic compounds. The Pr-Ni alloys obtained by potentiostatic electrolysis were characterized by X-ray diffraction(XRD) and scanning electron micrograph-energy dispersive spectrometry(SEM-EDS). The results show that only one Pr-Ni intermetallic compound, i.e. PrNi₂, PrNi₃, Pr₂Ni₇ or PrNi₅, is obtained at each potential, respectively. This process can also be used for other electrochemical formation of lanthanide-Ni alloys.

Key words: Electrochemical behavior, Under-potential deposition, Potentiostatic electrolysis, Pr-Ni intermetallic compound

中图分类号:

O646

TrendMD:

李梅, 李炜, 韩伟, 张密林, 颜永得. LiCl-KCl熔盐体系中镨(Ⅲ)在镍电极上的电化学行为. 高等学校化学学报, 2014, 35(12): 2662.

LI Mei, LI Wei, HAN Wei, ZHANG Milin, YAN Yongde. Electrochemical Behavior of Pr(Ⅲ) in the LiCl-KCl Melt on a Ni Electrode^†. Chem. J. Chinese Universities, 2014, 35(12): 2662.

图/表 8

Fig.1 Cyclic voltammograms of LiCl-KCl melts before(a, b) and after(c, d) the addition of PrCl3(1.25×10-4 mol/L) at 873 K S=0.322 cm2, scan rate: 0.1 V/s. a. LiCl-KCl, Mo electrode; b. LiCl-KCl, Ni electrode; c. LiCl-KCl-PrCl3, Mo electrode; d. LiCl-KCl-PrCl3, Ni electrode.

Fig.2 Variation of cathodic peak current as a function of the potential scan rate on a Mo electrode(S=0.322 cm2) in LiCl-KCl-PrCl3[c(PrCl3)=1.25×10-4 mol/L] melt at 873 K

Fig.3 Square wave voltammogram on a Ni electrode in LiCl-KCl-PrCl3[c(PrCl3)=1.25×10-4 mol/L] melt(S=0.322 cm2) at 873 K Pulse height: 25 mV; potential step: 1 mV; frequency: 30 Hz.

Fig.4 Chronopotentiograms at different current intensities on a Ni electrode(S=0.322 cm2) in LiCl-KCl-PrCl3[c(PrCl3)=1.25×10-4 mol/L] melt at 873 K

Fig.5 Open-circuit transient curve by potentiosta-tic electrolysis at -2.3 V(vs. Ag/AgCl) for 60 s on a Ni electrode(S=0.322 cm2) in LiCl-KCl-PrCl3[c(PrCl3)=1.25×10-4 mol/L] melt at 873 K

Fig.6 XRD patterns of Pr-Ni alloys by potentiostatic electrolysis on a Ni electrode(S=2.3 cm2) in LiCl-KCl-PrCl3[c(PrCl3)=1.25×10-4 mol/L] melt at 873 K a. -1.2 V for 10 h; b. -1.6 V for 8 h; c. -1.8 V for 6 h; d. -2.0 V for 2 h.

Fig.7 SEM images of Pr-Ni alloys by potentiostatic electrolysis on a Ni electrode(S=2.3 cm2) in LiCl-KCl-PrCl3[c(PrCl3)=1.25×10-4 mol/L] melt at 873 K (A) -1.2 V, 10 h; (B) -1.6 V, 8 h; (C) -1.8 V, 6 h; (D) -2.0 V, 2 h.

Fig.8 EDS analysis of Pr-Ni alloy by potentiostatic electrolysis on a Ni electrode(S=2.3 cm2) in the LiCl-KCl-PrCl3[c(PrCl3)=1.25×10-4 mol/L] melt at 873 K (A) -1.2 V, 10 h; (B) -1.6 V, 8 h; (C) -1.8 V, 6 h; (D) -2.0 V, 2 h.

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Electrochemical Behavior of Pr(Ⅲ) in the LiCl-KCl Melt on a Ni Electrode^†

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