钛是优良的结构材料和特殊的功能材料,是材料工业和高技术领域中的重要战略物资。传统的钛制备方法普遍存在工艺复杂、成本高、能耗大以及污染环境等问题。2000年剑桥大学提出了一种直接加电压使金属氧化物电脱氧制备金属的新方法（称为FFC剑桥工艺）。此方法具有流程短、不产生污染物等优点。目前正在研究、开发或改进的钛生产工艺很多,但大多仍处于实验室研究阶段。从目前的研究情况来看,TiO₂的直接电化学还原法是一种最有前途的方法。虽然直接电解TiO₂或钛精矿生产金属钛难度较大,但是与Kroll法相比,它的优越性在于可以简化工艺过程并有可能降低能耗,是值得深入研究和开发的工艺,也是钛金属生产的未来趋势。对该方法的研究还刚刚起步,无论在深度和广度方面还需进一步探索。本文在实验室自制的电解装置上,分别就FFC工艺中阴极制备、熔盐预处理、电解设备改进、电解过程控制等方面年进行了探索性实验研究,并对电解过程基本的电化学特性进行了初步研究,重点进行了电解还原机理的研究。制备了熔盐电解TiO₂制备海绵钛所需的TiO₂电极,并对阴极二氧化钛导电性进行了研究。采用XRD、XPS等方法对烧结前后的产物和电解产物进行了分析,结果表明:高温烧结、双电层和熔盐都可以改变TiO₂电极的导电性。高温烧结可以改变TiO₂的能带结构,产生大量导电空位,从而提高了电极的导电性;电极在熔盐中形成双电层,使氧原子离子化,形成TiO_2-x结构,提高了电极的导电能力;熔盐中的离子渗透到电极内部,增加了电极内的导电离子数,提高了电极的导电能力。本文还初步研究O₂^-的形成及其在阴极中的迁移过程,认为高温促使TiO₂结构中氧缺位的形成,在融盐电解体系中,O₂^-通过形成的缺位在阴极中迁移,钙钛矿是电解过程的必然中间产物,阴极表面生成的金属钛阻碍O₂^-从阴极内层往外层的迁移。