由布鲁克海文国家实验室制作
研究人员将实验和理论相结合，模拟了在熔盐环境中镍作为腐蚀产物的结构和动力学
信用:桑坦诺罗伊/ORNL，美国
S
处
能源之王 能源部橡树岭、布鲁克海文、爱达荷国家实验室和石溪大学的研究人员开发了一种新方法，从根本上了解熔盐，这是一种对先进能源技术非常重要的传热介质
熔盐或盐熔体在一定温度范围内保持液态，为一些最热的应用提供稳定的热和导电性能
它们可以为核反应堆提供燃料和冷却，为高温电池提供动力，并为集中式太阳能发电厂储存能量
几十年前的一项实验证明了它们生产安全、高效和负担得起的核能的潜力
ORNL的维亚切斯拉夫·布里安采夫说:“人们对使用熔盐来应对当前的能源挑战重新产生了兴趣，但我们需要对盐及其与结构材料的相互作用有更好的基础了解，以开发围绕它们的技术。”
“通过将理论和实验相结合，我们可以创建有用的模型，这些模型与工程师在设计熔盐系统时需要考虑的许多物理特性相联系
" 该团队作为能源部能源前沿研究中心的一部分进行合作，研究极端环境下的熔盐
发表在《美国化学学会杂志》上的结果提供了关于熔盐的结构和动力学以及熔盐与用来容纳熔盐的合金的相互作用的难以捉摸的信息
腐蚀对于熔盐来说是一个已知的挑战，但是这个过程还没有被很好地理解，因为很难通过实验来预测和探测
一个原因是熔盐是动态变化的，不仅从固态熔化成液态，而且随着温度和成分的变化而变化
更复杂的是腐蚀产物，如镍、铬和其他过渡金属，它们与盐混合物的相互作用很难检测和解释
这项研究旨在观察氯化物熔盐氯化锌-KCl中的痕量镍
布鲁克海文的合作者利用国家同步加速器光源二号的内壳光谱学光束线来执行扩展的X射线吸收精细结构光谱学，或EXAFS，这是一种强大的技术，可以挑出特定的元素来了解它们的原子结构
x射线穿过样品，被原子吸收
被辐射的原子喷射出被周围原子或离子散射的电子
研究人员可以通过测量散射模式来描绘出配位结构，也就是原子和分子围绕中心金属离子排列的方式
在这种情况下，目标是了解镍离子如何与氯化物以不同形式存在的配位网络结合
将EXAFS理论与实验数据相匹配的传统方法可以创建现有结构的平均图像，但无法捕捉熔盐环境的复杂性
镍与氯化物相互作用形成多种结构，每种结构具有不同的配位数，它们独立共存和发展
需要一种新的方法来考虑多样性
爱达荷国家实验室的合作者进行了光学光谱测量
信用:美国INL
S
处
能源之王 “我们发现，传统的拟合方法不足以描述镍的配位结构，这反过来又使解释实验数据变得困难
领导EXAFS数据收集和分析的布鲁克海文国家实验室科学家西默吉特·吉尔和阿纳托利·弗兰克尔说:“你需要一种方法来解释熔盐的高度无序状态，在这种状态下，元素同时以许多不同的构型出现。”
研究人员开发了一种方法来识别镍采用的多种配位状态——镍离子的不同构型——并对这些群体进行量化，这是以前不可能的
爱达荷国家实验室的团队成员使用光学吸收光谱技术对新模型进行了验证
“我们的第一步是了解熔盐结构网络如何看待原子水平，以及镍如何通过氯化物共享成为网络的一部分
ORNL的桑塔努·罗伊说:“通常情况下，镍和熔体中的其他阳离子(即锌)以紧密接触的形式共享一种或两种氯化物。”
一旦研究人员确定存在哪些配位结构，下一步就是了解它们为什么以及如何在熔盐环境中随着时间的推移而形成和演化
罗伊说:“我们知道熔盐中形成的结构是动态的，对温度和成分的变化很敏感，但我们想量化这种关系。”
“镍-氯化物网络通过氯化物交换过程继续发展
氯离子移动并与其他氯离子交换位置，当这种情况发生时，整个网络可能会采用新的结构
" 研究小组表明，正如预期的那样，随着盐熔体温度的升高，离子获得更多的动能，导致镍离子周围更快的氯离子交换动力学
一个令人惊讶的结果是，通过调节元素的比例来改变盐熔体的组成也对氯离子交换动力学有显著影响，当引入更多的结构无序时，氯离子交换动力学变得更快
一个关键发现将氯化物交换动力学作为熔体组成的函数与镍离子采用的配位结构联系起来
这项研究揭示了熔融盐中离子相互作用的几个关键方面，并描述了不同配位结构形成的规律
Bryantsev说:“这些将理论和实验相结合的努力在将基本见解与特性(如离子溶解度和传输)联系起来方面取得了重大飞跃，这些特性可以针对特定应用进行优化。”
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
