氮掺杂可耗竭阳极调控钒离子价态实现可控电解与CO2减排研究

《RARE METALS》：Controlled multivalent-state vanadium electrolysis via a nitrogen-doped consumable anode

本研究针对钒电解过程中离子价态控制难、产物形貌不规则及CO2排放高等问题，提出采用氮掺杂钒基可耗竭阳极(VCxNyOz)进行熔盐电解的新方法。研究发现氮掺杂通过sp2杂化C–N配位稳定V2+离子，形成[VN6]3–八面体复合物，使钒离子价态可控、产物呈均匀枝晶形貌，较传统VCxOy阳极降低30% CO排放，为绿色冶金提供新策略。

　　

钒作为战略性金属，其独特的物理化学性质在现代工业中不可或缺。本研究攻克了三大动态优化难题：离子价态控制、不规则产物形貌调控以及二氧化碳（CO₂）减排。科研团队开发并验证了一种通过氮掺杂钒基可耗竭阳极（VC_xN_yO_z）电解生产金属钒的创新方法。通过对比两种阳极（VC_xN_yO_z 和 VC_xO_y）的极化行为与还原机制，发现氮掺杂通过sp²杂化的碳氮（C–N）配位稳定V²⁺离子，并借助钒氮（V–N）键相互作用促进形成稳定的[VN₆]^3–八面体配合物。该阳极能在熔盐体系中精准调控钒离子价态，诱导生成均匀的枝晶结构，且较传统阳极实现一氧化碳（CO）排放量降低30%，宛如为钒冶金装上了“分子级调控开关”。