[发明专利]采用离子液体作为电解质室温下电脱氧制备金属钛的方法

说明书

技术领域

本发明涉及电脱氧制备金属钛的方法，具体涉及一种采用离子液体作为电解质室温下电脱氧制备金属钛的方法。

背景技术

离子液体(Room Temperature Ionic Liquids)是由有机阳离子和无机或有机阴离子构成的大多数在室温下呈液态的离子化合物，与传统的高温熔盐相比，又称为“室温熔盐”，简写为RTILs。在一定温度范围内离子液体中只有阴阳离子的存在，普通的离子化合物在室温下一般为固体，离子键比较强，使得阴阳离子只能在晶格上做振动，不能转动或是平动，所以一般离子化合物熔点比较高。与传统有机介质相比，它具有良好的化学和热稳定性以及较宽的电化学窗口，高的导电性，低的挥发性等优良性质，在电化学、有机合成、分离萃取、材料制备等领域应用日益广泛，是一类能代替许多具有挥发性有机溶剂，值得研究发展的新型的介质或“软”功能材料绿色溶剂。作为室温下只有阴阳离子存在的液体，相比于传统的有机溶剂具有五种性质：

（1）离子液体的蒸汽压接近于零，难挥发，燃点高不易爆，分解温度在300℃以上，是非常理想的一类有机溶剂。

（2）离子液体对大多数无机配合物和有机物具有良好的溶解性，这样使得很多化学反应能在均相中完成。

（3）离子液体作为电解质时，电化学窗口比较大，导电性比较好，热稳定性好，抗氧化性强，这些性质对于电化学具有特殊的性质和意义。

（4）离子液体是有阴阳离子组成的，根据需要可以设计具有某种特性的离子液体，因此离子液体也被部分化学家称为“可设计溶液”。

（5）离子液体与有些溶剂不互溶，可以提供一个可调节的两相体系，在化学分离中可作为非共溶性溶剂使用，大多数离子液体对水分和空气稳定，大多数离子液体含有弱配位键，具有极化的潜力和非配位的能力。

所以离子液体在有机合成、无机合成、有机催化、电化学和化学分离等领域具有良好的前景，离子液体越来越受到世界各国科学家的关注，离子液体研究的广度和深度也在不断深入。

离子液体在电化学方面的应用比较早。凭借其良好的热稳定性、低的蒸汽压、比较高的离子传导率、宽的电化学窗口，很容易与聚合物形成凝胶等性质在电化学领域中的应用已经非常广泛，如电池、电容器、电聚合、电解、电镀、毛细管电泳等领域且非常适合做电解液，在导电高分子组成的器件中做介质。Churat等人在高聚物的电极材料中添加［EMIM］［Tf2N］，制得的电极有比较高的导电率，较低蒸汽压，宽的电化学窗口，是理想的电极材料。蔡琪等人在二氧化硫传感器中以［EMIM］BF₄离子液体为支持电解质，实验发现传感器对二氧化硫电化学响应比较好，电极灵敏度高，精度好，重现性好，响应快且使用寿命长。在电解制备金属方面，如早在19世纪初电解制取金属钠，后来逐渐实现电解制取铝、镁、稀土等都是高温熔盐，设备腐蚀严重而且操作复杂，能耗高。室温离子液体的出现给这些问题带来了解决这些问题的可行性办法，但目前技术尚不成熟，金属电沉积的研究上，还处于实验室研究阶段。随着对室温离子液体日趋深入的研究，在电化学上的应用会越来越受到人们广泛关注。

目前人们对与作为一种新的绿色能源的锂离子电池做了越来越多的工作，但其所使用的的有机电解质有易燃、易爆的危险。孙茜等人把热稳定温度在300℃，能在一个宽的温度内和锂共存，并且[DMFP]BF₄/LiBF₄电化学窗口大于4V的1,2-二甲基-4-氟吡唑四氟化硼[DMFP]BF₄离子液体加入锂离子电池中，LiMnO₄/Li电池充放电循环效率达到了90%，且不挥发。在染料敏化电池中加入离子液体来取代有机电解质，也能适当提高电池的寿命和稳定性。

金属钛是一种优异的结构和功能性材料，和传统金属相比具有比强度高、密度小、耐蚀性好、使用温度范围大等一系列优点，并且具有超导、储氢和形状记忆等特殊功能，这就使得钛在航空航天、武器装备、化工、能源、冶金、生物医学、交通和建筑等领域拥有广阔的应用前景。