题目：离子液体中电沉积法制备钽

金属钽具有熔点高、良好的可塑性和耐腐蚀性等优点，被广泛应用于电子工业、机械、化工和医疗等领域。现有的电沉积钽工艺复杂、成本高、能耗大、污染环境。因此，有必要研究一种成本低且环境友好的电沉积钽方法。近年来，离子液体由于具有无毒、不挥发、不易燃、导电性好和电化学窗口宽等优点，且液态温度集中在室温附近，能减少高温熔盐带来的能耗以及腐蚀等问题而成为备受关注的电解质。 本文研究了以[Bmim]PF6离子液体为电解质，在低温(100-200℃)下电沉积钽方法。首先，通过红外光谱分析了含有TaCl5的[Bmim]PF6离子液体中的组分，结果表明TaCl5没有与[Bmim]PF6作用产生具有新特征峰的物质。然后研究了不同浓度TaCl5在[Bmim]PF6室温离子液体中的电化学行为。实验结果表明，在TaCl5浓度较高时，电沉积钽过程是受扩散控制、两步骤两电子的不可逆电极反应过程，首先是Ta (V) 还原为Ta (III)，其次是Ta (III) 还原为金属钽和形成其它低价钽氯化物。Ta (V) /Ta (III) 和 Ta ( III) /Ta在离子液体[Bmim]PF6中的阴极传递系数分别为0.156和0.392。Ta (V)在离子液体[Bmim]PF6中的扩散系数为9.348×10-10 cm2s-1/2。 在TaCl5浓度较低时，只出现了Ta (V) /Ta (III)的氧化还原峰，其阴极传递系数为0.282，该电极反应过程也是不可逆的电极反应过程。最后，研究了温度、成分、沉积基体以及电解电压对电沉积钽过程的影响，SEM和EDX分析结果表明五氯化钽被电化学还原为金属钽。 本文还对固态五氯化钽在离子液体[Bmim]PF6中直接电化学还原进行了初步探讨。利用循环伏安法以及结合三相界线理论分析了固态五氯化钽在[Bmim]PF6离子液体中电化学还原过程。分析了表面扩散和溶解-沉积两种模式对钽颗粒形核生长的影响，表明固态五氯化钽直接电化学还原过程是其主要过程，同时伴随着溶解-沉积过程。