电解脱氧碳化过程的研究

1.电解过程特征分析

TiO2/C前驱体在1000℃、4.0 V条件下电解过程中电流随时间的变化曲线如图3.23所示。由图中的电解电流-时间曲线可以看出，TiO2/C前驱体的电解过程经过了TiO2/C→CaTiO3、TiC→TiC。由图3.23可知，TiO2/C前驱体在电解初始阶段，其电流变化趋势符合三相界线的机理解析［14-16］。初始短时间内电流出现的急剧下降主要与电解系统中的电解池达到平衡有关。紧接着出现一定幅度的上升，这主要是因为电解反应在阴极片表面逐步扩散所造成的。随着电解时间的延长，阴极片中的氧组分不断被脱除，电解反应也相应地逐步向阴极片内部扩展，反应界面减小，氧离子传导速度减慢，从而导致电流逐渐下降。可以看出，SOM法在4h内能够完全电解，最后背景电流为0.5 A左右。根据图3.23，能够得到在电解过程中实际消耗的电量为QS为2.4 Ah，根据公式（2-1）能够计算得出其电流效率为74.1％。

图3.23　TiO2/C前驱体电解制备TiC的电流-时间曲线

2.物相分析

图3.24为TiO2/C前驱体在1000℃、4.0 V条件下电解不同时间后收集到的产物XRD图谱。

图3.24　TiO2/C前驱体电解不同时间后产物的XRD图谱

从图中可以看出，在电解0.5 h后，产物中出现的主峰为CaTiO3的衍射峰以及少量的TiC、TixOy的衍射峰。这表明在电解0.5 h后，阴极片中含有大量的CaTiO3及少量的TiC、TixOy。随着电解时间的延长，CaSiO3和TixOy的衍射峰强度逐渐减弱，TiC的衍射峰逐渐增强。当电解时间延长到4h后，产物中只含有单一的TiC的衍射峰。这表明在电解4h后，在阴极中获得纯的TiC。(www.xing528.com)

3.微观形貌分析

图3.25是TiO2/C前驱体在1000℃、4.0 V条件下电解不同时间后所获得的产物微观形貌和能谱图。从图3.25中可以看出，TiO2/C前驱体在电解0.5 h、1h和2h后，产物主要为板层状，具有少量孔洞。当电解时间延长到3h后，产物中出现纳米级的颗粒状产物，同时仍然存在少量的板层状中间物，如图3.25（d）所示。图3.25（e）为TiO2/C前驱体在电解4h后产物的微观形貌图。从图中可以看出，产物为颗粒状，其尺寸为纳米级。

图3.25　TiO2/C前驱体在不同电解时间后产物的SEM及EDS图

（a）0.5 h，（b）1 h，（c）2 h，（d）3 h，（e）4h

图3.26是TiO2/C前驱体电解4h后产物的SEM图以及对应能谱面扫描和EDS图。从图中可以看出，TiO2/C前驱体在电解4h后，EDS图谱中只含有Ti、C元素的衍射峰，而没有其他杂峰出现，且其面扫中也只含有Ti、C两种元素的衍射峰，并且Ti、C两种元素分布较均匀，这表明使用SOM法对TiO2/C前驱体电解在1000℃、4.0 V条件下电解4h后能够得到纯的TiC材料。

图3.26　TiO2/C前驱体电解4h后产物的SEM图以及对应能谱面扫描和EDS分析