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Erschienen in: Metallurgical and Materials Transactions B 5/2018

19.06.2018

An Efficient Electrolytic Preparation of MAX-Phased Ti-Al-C

verfasst von: Jinhang Fan, Dingding Tang, Xuhui Mao, Hua Zhu, Wei Xiao, Dihua Wang

Erschienen in: Metallurgical and Materials Transactions B | Ausgabe 5/2018

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Abstract

Large-scale deployment of MAX-phased Ti-Al-C with intriguing mechanical and physicochemical properties is significantly retarded by its harsh preparation conditions, in which costly precursors, high temperature and non-atmospheric pressure are generally imperative. We herein report an efficient electrolytic preparation of MAX-phased Ti-Al-C by direct electro-reduction of solid TiO2-Al2O3-C in molten CaCl2 at 1223 K under normal pressure. Homogeneous layered Ti3AlC2 with an oxygen content of 4300 ppm is prepared under a voltage of 3 V between the solid cathode and graphite anode for only 4 hours. The electro-reduction of TiO2-Al2O3-C exhibits a much faster speed compared with the electrolysis employing TiO2, TiO2-C and TiO2-Al2O3 as the precursors. Time-dependent electrolysis indicates that TiCxOy is the main intermediate. The generation of refractory and highly conducting TiCxOy intermediate enhances the reduction. Density functional theory simulations show a weak affinity towards oxygen of the resulting Ti3AlC2, which is beneficial to fast and thorough deoxidation. The formation of a layered structure of Ti3AlC2 is attributed to the template effect of the precursory graphite. By simply varying the precursory stoichiometry, layered Ti2AlC is also prepared. The present protocol featuring affordable feedstock, low temperature, ambient pressure, high energy efficiency and controllable stoichiometry is promising for large-scale application.

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Literatur
1.
Zurück zum Zitat P. Eklund, M. Beckers, U. Jansson, H. Högberg, and L. Hultman: Thin Solid Films, 2010, vol. 518, pp. 1851-1878.CrossRef P. Eklund, M. Beckers, U. Jansson, H. Högberg, and L. Hultman: Thin Solid Films, 2010, vol. 518, pp. 1851-1878.CrossRef
2.
Zurück zum Zitat M. Radovic and M.W. Barsoum: Am. Ceram. Soc. Bull., 2013, vol. 92, pp. 20-27. M. Radovic and M.W. Barsoum: Am. Ceram. Soc. Bull., 2013, vol. 92, pp. 20-27.
4.
Zurück zum Zitat E. Wu and E. Herold Kisi: J. Am. Ceram. Soc., 2006, vol. 89, pp. 710-713.CrossRef E. Wu and E. Herold Kisi: J. Am. Ceram. Soc., 2006, vol. 89, pp. 710-713.CrossRef
5.
Zurück zum Zitat D.J. Tallman, B. Anasori, and M.W. Barsoum: Mater. Res. Lett., 2013, vol. 1, pp. 115-125.CrossRef D.J. Tallman, B. Anasori, and M.W. Barsoum: Mater. Res. Lett., 2013, vol. 1, pp. 115-125.CrossRef
6.
Zurück zum Zitat N.V. Tzenov and M.W. Barsoum: J. Am. Ceram. Soc., 2000, vol. 83, pp. 825-832.CrossRef N.V. Tzenov and M.W. Barsoum: J. Am. Ceram. Soc., 2000, vol. 83, pp. 825-832.CrossRef
7.
8.
Zurück zum Zitat M.W. Barsoum and M. Radovic: Ann. Rev. Mater. Res., 2011, vol. 41, pp. 195-227.CrossRef M.W. Barsoum and M. Radovic: Ann. Rev. Mater. Res., 2011, vol. 41, pp. 195-227.CrossRef
9.
10.
Zurück zum Zitat W. Wang, V. Gauthier-Brunet, G. Bei, G. Laplanche, J. Bonneville, A. Joulain, and S. Dubois: Mater. Sci. Eng., A, 2011, vol. 530, pp. 168-173.CrossRef W. Wang, V. Gauthier-Brunet, G. Bei, G. Laplanche, J. Bonneville, A. Joulain, and S. Dubois: Mater. Sci. Eng., A, 2011, vol. 530, pp. 168-173.CrossRef
11.
Zurück zum Zitat M.R. Lukatskaya, O. Mashtalir, C.E. Ren, Y. Dall’Agnese, P. Rozier, P.L. Taberna, M. Naguib, P. Simon, M.W. Barsoum, and Y. Gogotsi: Science, 2013, vol. 341, pp. 1502-1505.CrossRef M.R. Lukatskaya, O. Mashtalir, C.E. Ren, Y. Dall’Agnese, P. Rozier, P.L. Taberna, M. Naguib, P. Simon, M.W. Barsoum, and Y. Gogotsi: Science, 2013, vol. 341, pp. 1502-1505.CrossRef
12.
Zurück zum Zitat P. Yan, R. Zhang, J. Jia, C. Wu, A. Zhou, J. Xu, and X. Zhang: J. Power Sources 2015, vol. 284, pp. 38-43.CrossRef P. Yan, R. Zhang, J. Jia, C. Wu, A. Zhou, J. Xu, and X. Zhang: J. Power Sources 2015, vol. 284, pp. 38-43.CrossRef
13.
Zurück zum Zitat M. Hu, Z. Li, H. Zhang, T. Hu, C. Zhang, Z. Wu, and X. Wang: Chem. Commun., 2015, vol. 51, pp. 13531-13533.CrossRef M. Hu, Z. Li, H. Zhang, T. Hu, C. Zhang, Z. Wu, and X. Wang: Chem. Commun., 2015, vol. 51, pp. 13531-13533.CrossRef
14.
Zurück zum Zitat B. Ding, J. Wang, Y. Wang, Z. Chang, G. Pang, H. Dou, and X. Zhang: Nanoscale, 2016, vol. 8, pp. 11136-11142.CrossRef B. Ding, J. Wang, Y. Wang, Z. Chang, G. Pang, H. Dou, and X. Zhang: Nanoscale, 2016, vol. 8, pp. 11136-11142.CrossRef
15.
Zurück zum Zitat M.R. Lukatskaya, J. Halim, B. Dyatkin, M. Naguib, Y.S. Buranova, M.W. Barsoum, and Y. Gogotsi: Angew. Chem. Int. Ed., 2014, vol. 53, pp. 4877-4880.CrossRef M.R. Lukatskaya, J. Halim, B. Dyatkin, M. Naguib, Y.S. Buranova, M.W. Barsoum, and Y. Gogotsi: Angew. Chem. Int. Ed., 2014, vol. 53, pp. 4877-4880.CrossRef
16.
Zurück zum Zitat M. Naguib, V.N. Mochalin, M.W. Barsoum, and Y. Gogotsi: Adv. Mater., 2014, vol. 26, pp. 992-1005.CrossRef M. Naguib, V.N. Mochalin, M.W. Barsoum, and Y. Gogotsi: Adv. Mater., 2014, vol. 26, pp. 992-1005.CrossRef
17.
Zurück zum Zitat M. Naguib, J. Come, B. Dyatkin, V. Presser, P.-L. Taberna, P. Simon, M.W. Barsoum, and Y. Gogotsi: Electrochem. Commun., 2012, vol. 16, pp. 61-64.CrossRef M. Naguib, J. Come, B. Dyatkin, V. Presser, P.-L. Taberna, P. Simon, M.W. Barsoum, and Y. Gogotsi: Electrochem. Commun., 2012, vol. 16, pp. 61-64.CrossRef
18.
Zurück zum Zitat Q. Tang, Z. Zhou, and P. Shen: J. Am. Chem. Soc., 2012, vol. 134, pp. 16909-16916.CrossRef Q. Tang, Z. Zhou, and P. Shen: J. Am. Chem. Soc., 2012, vol. 134, pp. 16909-16916.CrossRef
19.
Zurück zum Zitat S.S. Li, X.L. Zou, Y. Hu, X.G. Lu, X.L. Xiong, Q. Xu, H.W. Cheng and Z.F. Zhou: J. Electrochem. Soc., 2018, vol. 165, pp. E97-E107.CrossRef S.S. Li, X.L. Zou, Y. Hu, X.G. Lu, X.L. Xiong, Q. Xu, H.W. Cheng and Z.F. Zhou: J. Electrochem. Soc., 2018, vol. 165, pp. E97-E107.CrossRef
20.
Zurück zum Zitat X. Xie, Y. Xue, L. Li, S. Chen, Y. Nie, W. Ding, and Z. Wei: Nanoscale, 2014, vol. 6, pp. 11035-11040.CrossRef X. Xie, Y. Xue, L. Li, S. Chen, Y. Nie, W. Ding, and Z. Wei: Nanoscale, 2014, vol. 6, pp. 11035-11040.CrossRef
21.
Zurück zum Zitat M. Pietzka and J. Schuster: J. Phase Equilibria, 1994, vol. 15, pp. 392-400.CrossRef M. Pietzka and J. Schuster: J. Phase Equilibria, 1994, vol. 15, pp. 392-400.CrossRef
22.
Zurück zum Zitat O. Wilhelmsson, J.-P. Palmquist, E. Lewin, J. Emmerlich, P. Eklund, P.Å. Persson, H. Högberg, S. Li, R. Ahuja, and O. Eriksson: J. Cryst. Growth, 2006, vol. 291, pp. 290-300.CrossRef O. Wilhelmsson, J.-P. Palmquist, E. Lewin, J. Emmerlich, P. Eklund, P.Å. Persson, H. Högberg, S. Li, R. Ahuja, and O. Eriksson: J. Cryst. Growth, 2006, vol. 291, pp. 290-300.CrossRef
23.
Zurück zum Zitat G.Z. Chen, D.J. Fray, and T.W. Farthing: Nature, 2000, vol. 407, pp. 361-364.CrossRef G.Z. Chen, D.J. Fray, and T.W. Farthing: Nature, 2000, vol. 407, pp. 361-364.CrossRef
24.
Zurück zum Zitat D. Wang, G. Qiu, X. Jin, X. Hu, and G.Z. Chen: Angew. Chem. Int. Ed., 2006, vol. 45, pp. 2384-2388.CrossRef D. Wang, G. Qiu, X. Jin, X. Hu, and G.Z. Chen: Angew. Chem. Int. Ed., 2006, vol. 45, pp. 2384-2388.CrossRef
25.
Zurück zum Zitat K. Jiang, X. Hu, M. Ma, D. Wang, G. Qiu, X. Jin, and G.Z. Chen: Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 2006, vol. 45, pp. 428-32.CrossRef K. Jiang, X. Hu, M. Ma, D. Wang, G. Qiu, X. Jin, and G.Z. Chen: Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 2006, vol. 45, pp. 428-32.CrossRef
26.
Zurück zum Zitat A.M. Abdelkader, K.T. Kilby, A. Cox, and D.J. Fray: Chem. Rev., 2013, vol. 113, pp. 2863-86.CrossRef A.M. Abdelkader, K.T. Kilby, A. Cox, and D.J. Fray: Chem. Rev., 2013, vol. 113, pp. 2863-86.CrossRef
27.
Zurück zum Zitat D.J. Fray and C. Schwandt: Mater. Trans., 2017, vol. 58, pp. 306-312.CrossRef D.J. Fray and C. Schwandt: Mater. Trans., 2017, vol. 58, pp. 306-312.CrossRef
29.
30.
Zurück zum Zitat J. Sure, D.S.M. Vishnu and C. Schwandt: Appl. Mater. Today, 2017, vol. 9, pp. 111-121.CrossRef J. Sure, D.S.M. Vishnu and C. Schwandt: Appl. Mater. Today, 2017, vol. 9, pp. 111-121.CrossRef
31.
Zurück zum Zitat D.S.M. Vishnu, N. Sanil, K.S. Mohandas and K. Nagarajan: Acta Metall. Sin., 2017, vol. 30, pp. 218-227.CrossRef D.S.M. Vishnu, N. Sanil, K.S. Mohandas and K. Nagarajan: Acta Metall. Sin., 2017, vol. 30, pp. 218-227.CrossRef
32.
Zurück zum Zitat H. Yin, W. Xiao, X. Mao, W. Wei, H. Zhu, and D. Wang: Electrochim. Acta, 2013, vol. 102, pp. 369-374.CrossRef H. Yin, W. Xiao, X. Mao, W. Wei, H. Zhu, and D. Wang: Electrochim. Acta, 2013, vol. 102, pp. 369-374.CrossRef
33.
Zurück zum Zitat W. Xiao, J. Zhou, L. Yu, D. Wang and X. W. Lou: Angew. Chem. Int. Ed., 2016, vol. 55, pp. 7427-31.CrossRef W. Xiao, J. Zhou, L. Yu, D. Wang and X. W. Lou: Angew. Chem. Int. Ed., 2016, vol. 55, pp. 7427-31.CrossRef
34.
Zurück zum Zitat X. Jin, P. Gao, D. Wang, X. Hu, and G.Z. Chen: Angew. Chem. Int. Ed., 2004, vol. 116, pp. 751-754.CrossRef X. Jin, P. Gao, D. Wang, X. Hu, and G.Z. Chen: Angew. Chem. Int. Ed., 2004, vol. 116, pp. 751-754.CrossRef
35.
Zurück zum Zitat T. Nohira, K. Yasuda and Y. Ito: Nat. Mater., 2003, vol. 2, pp. 397-401.CrossRef T. Nohira, K. Yasuda and Y. Ito: Nat. Mater., 2003, vol. 2, pp. 397-401.CrossRef
36.
37.
38.
Zurück zum Zitat A.M. Abdelkader and D.J. Fray: J. Eur. Ceram. Soc., 2012, vol. 32, pp. 4481-4487.CrossRef A.M. Abdelkader and D.J. Fray: J. Eur. Ceram. Soc., 2012, vol. 32, pp. 4481-4487.CrossRef
39.
Zurück zum Zitat N.J. Lane, S.C. Vogel, E.A.N. Caspi, and M.W. Barsoum: J. Appl. Phys., 2013, vol. 113, p. 183519.CrossRef N.J. Lane, S.C. Vogel, E.A.N. Caspi, and M.W. Barsoum: J. Appl. Phys., 2013, vol. 113, p. 183519.CrossRef
40.
41.
Zurück zum Zitat Y. Zou, Z. Sun, H. Hashimoto, and S. Tada: Mater. Sci. Eng., A, 2008, vol. 473, pp. 90-95.CrossRef Y. Zou, Z. Sun, H. Hashimoto, and S. Tada: Mater. Sci. Eng., A, 2008, vol. 473, pp. 90-95.CrossRef
42.
Zurück zum Zitat I.I. Ivanova, A.N. Demidik, M.V. Karpets, N.A. Krylova, A.P. Polushko and S.A. Firstov: Powder Metall. Met. Ceram., 2014, vol. 53, pp. 377-385.CrossRef I.I. Ivanova, A.N. Demidik, M.V. Karpets, N.A. Krylova, A.P. Polushko and S.A. Firstov: Powder Metall. Met. Ceram., 2014, vol. 53, pp. 377-385.CrossRef
43.
Zurück zum Zitat D. Tang, W. Xiao, L. Tian, and D. Wang: J. Electrochem. Soc., 2013, vol. 160, pp. F1192-F1196.CrossRef D. Tang, W. Xiao, L. Tian, and D. Wang: J. Electrochem. Soc., 2013, vol. 160, pp. F1192-F1196.CrossRef
44.
Zurück zum Zitat L. Zhang, S. Wang, S. Jiao, K. Huang and H. Zhu: Electrochim. Acta, 2012, vol. 75, pp. 357-359.CrossRef L. Zhang, S. Wang, S. Jiao, K. Huang and H. Zhu: Electrochim. Acta, 2012, vol. 75, pp. 357-359.CrossRef
45.
Zurück zum Zitat S. Li, X. Zou, X. Lu, K. Zheng, G. Li, C. Chen, Q. Xu and Z. Zhou: J. Electrochem. Soc., 2017, vol. 164, pp. D533-D542.CrossRef S. Li, X. Zou, X. Lu, K. Zheng, G. Li, C. Chen, Q. Xu and Z. Zhou: J. Electrochem. Soc., 2017, vol. 164, pp. D533-D542.CrossRef
46.
Zurück zum Zitat X. Yan and D. J. Fray: J. Appl. Electrochem., 2009, vol. 39, pp. 1349-1360.CrossRef X. Yan and D. J. Fray: J. Appl. Electrochem., 2009, vol. 39, pp. 1349-1360.CrossRef
47.
48.
Zurück zum Zitat H. Kadowaki, Y. Katasho, K. Yasuda and T. Nohira: J. Electrochem. Soc., 2018, vol. 165, pp. D83-D89.CrossRef H. Kadowaki, Y. Katasho, K. Yasuda and T. Nohira: J. Electrochem. Soc., 2018, vol. 165, pp. D83-D89.CrossRef
Metadaten
Titel
An Efficient Electrolytic Preparation of MAX-Phased Ti-Al-C
verfasst von
Jinhang Fan
Dingding Tang
Xuhui Mao
Hua Zhu
Wei Xiao
Dihua Wang
Publikationsdatum
19.06.2018
Verlag
Springer US
Erschienen in
Metallurgical and Materials Transactions B / Ausgabe 5/2018
Print ISSN: 1073-5615
Elektronische ISSN: 1543-1916
DOI
https://doi.org/10.1007/s11663-018-1304-x

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