SrSn0.1Fe0.1Co0.8O3-δ和Ba0.1Sr0.1Fe0.1Co0.8O3-δ膜的氧渗透性能

致密陶瓷膜;电导;SrSn0.1Fe0.1Co0.8O3-δ和Ba0.1Sr0.1Fe0.1Co0.8O3-δ膜的氧渗透性能     

大孔高镍LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料的制备及其电化学性能研究

本工作以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微球组装成的胶晶模板作为铸模, 溶胶-凝胶法辅助获得大孔LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂ (NCM811)正极材料. 结果表明, 利用PMMA作为造孔剂, 形成了由100 nm的颗粒堆积而成的大孔结构, 这种结构有效地提高了材料的倍率性能和循环稳定性. 大孔NCM811在0.1C的首次放电比容量为190.3 mAh∙g^-1. 2C倍率下NCM811纳米颗粒的放电比容量仅为129.3 mAh∙g^-1, 而大孔NCM811的放电比容量为149.8 mAh∙g^-1. 0.5C倍率下循环400次后大孔NCM811的容量保持率为83.02%, 明显高于纳米颗粒材料的38.59%.     

BaCe_(0.8)Zr_(0.1)La_(0.1)O_(3-α)陶瓷的制备和电性能研究

以高温固相反应法制备了BaCe0.8Zr0.1La0.1O3-α陶瓷,用粉末X-射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对其晶体结构和断面形貌进行了表征。以陶瓷材料为固体电解质、多孔性铂为电极,用交流阻抗谱技术测定了材料在500～900℃下不同气体气氛中的电导率;用气体浓差电池方法测定了材料在干燥空气和湿润空气中的离子迁移数;研究了材料的离子导电特性。结果表明,该陶瓷材料为单一钙钛矿型BaCeO3斜方晶结构。在500～900℃下,干燥和湿润的氧气、空气和氮气中,材料的电导率随着温度升高和氧分压增大而增大。在干燥的空气中,材料的氧离子迁移数为0.06～0.17,表现为氧离子与电子空穴的混合导电性,其中,电子空穴导电为主导。在湿润的空气中,材料的质子迁移数为0.52～0.01,氧离子迁移数为0.14～0.27,表现为质子、氧离子和电子空穴的混合导电性,其中,在500～550℃下,质子导电为主导;高于550℃,电子空穴导电为主导。     

表面活性剂辅助合成LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料

通过添加烷基季铵盐类表面活性剂来调控材料形貌和粒径的改性方法,在LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂前驱体合成过程中添加表面活性剂十二烷基三甲基溴化铵(DTAB)和十六烷基三甲基溴化铵(CTAB),利用尿素作为配合剂和沉淀剂,采用溶剂热法合成LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂前驱体。最后,高温混锂煅烧合成椭球形的空心多孔材料。相比于不添加表面活性剂的样本,改性的材料有着更小的粒径和更加规整的形貌。电化学测试表明,添加DTAB和CTAB之后,首次充电容量分别达到223与251 mAh·g^-1(0.1C)。其中,添加CTAB的样品首次放电容量达到216 mAh·g^-1(0.1C),100次循环后容量保持率为85.1%,高于LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂的81.7%(0.1C)。表面活性剂的改性显著提高了材料的电化学性能,为高镍三元正极材料的改性提供了一种新的思路。     

Ba0.9La0.1Ce0.9Nd0.1O3-α陶瓷的离子导电性

用高温固相反应法制备了Ba0.9La0.1Ce0.9Nd0.1O3-α质子导电性陶瓷,粉末X-射线衍射(XRD)分析表明,该陶瓷为单一钙钛矿型斜方晶结构。在500~900℃温度范围内,分别用气体浓差电池方法和交流阻抗谱技术研究了材料在不同气体气氛中的离子导电性,并与Ba0.9Ca0.1Ce0.9Nd0.1O3-α材料的离子导电性进行了比较。结果表明,在500~900℃温度范围内、湿润氢气中,Ba0.9La0.1Ce0.9Nd0.1O3-α材料的质子迁移数为1,是一个纯的质子导体。在干燥空气中,该材料是一个氧离子和电子空穴的混合导体,氧离子迁移数为0.295~0.081,氧离子电导率高于Ba0.9Ca0.1Ce0.9Nd0.1O3-α。在湿润空气中,该材料是一个质子、氧离子和电子空穴的混合导体,质子迁移数为0.151~0.009,氧离子迁移数为0.300~0.107,质子电导率低于Ba0.9Ca0.1Ce0.9Nd0.1O3-α材料。在氢-空气燃料电池条件下,Ba0.9La0.1Ce0.9Nd0.1O3-α材料是一个质子、氧离子和电子的混合导体,离子迁移数为0.964~0.853,离子电导率与Ba0.9Ca0.1Ce0.9Nd0.1O3-α材料相近。     

Ba0.9Sr0.1Ce0.9Nd0.1O3-α陶瓷的离子导电性

用高温固相反应法制备了质子导电性陶瓷Ba0.9Sr0.1Ce0.9Nd0.1O3-α。用粉末X-射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对该陶瓷材料进行了表征;用交流阻抗谱技术和气体浓差电池方法研究了材料在500~900℃温度范围内、不同气体气氛中的离子导电性,并与BaCe0.9Nd0.1O3-α和Ba0.9Ca0.1Ce0.9Nd0.1O3-α材料的导电性进行了比较。结果表明,该陶瓷材料为单一钙钛矿型BaCeO3斜方晶结构,具有良好的致密性,在高温下、CO2或水蒸气气氛中具有较高的稳定性。在湿润氢气气氛中、500~800℃温度范围内,材料的质子迁移数为1,是一个纯的质子导体;在900℃下,质子迁移数为0.964,是一个质子与电子的混合导体,质子迁移数高于BaCe0.9Nd0.1O3-α(在700~900℃温度范围内,质子迁移数为0.95)。在湿润空气气氛中,材料的质子迁移数为0.019~0.032,氧离子迁移数为0.093~0.209,是一个质子、氧离子和电子空穴的混合导体,总电导率高于Ba0.9Ca0.1Ce0.9Nd0.1O3-α。在氢-空气燃料电池条件下,材料的离子迁移数为0.957~0.903,是一个质子、氧离子和电子的混合导体,离子电导率高于Ba0.9Ca0.1Ce0.9Nd0.1O3-α。     

BaCe0.8Zro.1La0.1O3-α陶瓷的制备和电性能研究

以高温固相反应法制备了BaCe0.gZr0.1Lao1O3-α陶瓷,用粉末X-射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对其晶体结构和断面形貌进行了表征.以陶瓷材料为固体电解质、多孔性铂为电极,用交流阻抗谱技术测定了材料在500～900℃下不同气体气氛中的电导率;用气体浓差电池方法测定了材料在于燥空气和湿润空气中的离子迁移...     

ZrO2包覆高镍LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料提高其循环稳定性的作用机理

高镍三元材料作为一种锂离子电池正极材料,因其较高的放电比容量而得到科学界和工业界的广泛关注。研究表明,高镍三元材料的比容量与材料中的Ni含量呈正相关,但Ni含量的增加也会加剧循环过程中的界面副反应,材料表面释氧以及结构转变等问题。本文采用ZrO₂包覆LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂材料,利用X射线衍射证明,在高温处理下ZrO₂包覆物中的Zr⁴⁺会掺杂进LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂材料表面晶格中,使得X射线衍射谱中的(003)衍射峰左移。电化学测试证明在4.3和4.5 V的截止电压下,改性最优的材料在1C循环100周后容量保持率分别从84.89%和75.60%提高到97.61%和81.37%,同时发现循环稳定性的提升主要来自材料表面的Zr⁴⁺掺杂。X射线光电子能谱证明Zr⁴⁺表层掺杂后材料的Ni化合价由Ni3+向Ni²⁺转变,透射电子显微镜观察到Zr⁴⁺的表层掺杂使得材料表面的层状结构发生重构,从而稳定了材料体相结构,提高了材料整体的循环稳定性。     

生物分子辅助低成本制备Zn0.9Cd0.1S固溶体及其高效可见光光催化制氢

如何提高光催化制氢量子产率是太阳能分解水制氢研究的重点和焦点. Zn-Cd-S固溶体因具有窄的带隙宽度及合适的导带和价带位置而显示了广阔的应用前景. 然而, 两方面的问题限制了其规模化应用: (1)往往需负载Pt, Pd, Ru和Rh等贵金属助催化剂才能获得可观的光催化性能; (2)传统合成技术通常采用硫代乙酰胺、硫脲及硫化钠等昂贵且有毒的化学试剂作硫源. 与上述硫源相比, 生物小分子L-胱氨酸分子中含有-COOH、-NH2及-SH基团, 这些基团易于与金属阳离子配位, 因此能够有效调控硫源释放S2-的速度, 硫化物的形貌、尺寸以及取向能够灵活地得到调控. 另外, 在强碱或强酸性介质中, L-胱氨酸具有良好的水溶性, 因此材料的合成可选择在水介质中, 这对光催化过程是非常关键的, 有利于改善材料在光催化反应过程中的稳定性. 基于此, 本文以经济环保的生物小分子作硫源, 制备了高效、稳定且有可见光响应的纳米硫化物光催化体系, 旨在发展环境友好、条件温和、成本低廉、操作简单和易于工业化生产的绿色制备技术, .以L-胱氨酸为硫源和结构导向剂, 采用水热合成技术在温和条件下制备了立方相结构的Zn-Cd-S固溶体光催化剂, 采用XRD, TEM, HRTEM, XPS, UV-vis及N2吸附等手段表征了其结构和形貌. 结果表明, 随Zn含量增加, 其带隙在2.11-3.19 eV间连续可调. 在可见光(λ > 420 nm)照射、无助催化剂和Na2S/Na2SO3水溶液为牺牲剂的条件下研究了其光催化制氢的性能. 其中Zn0.9Cd0.1S具有最佳的光催化活性, 其产氢速率约为4.4 mmol h -1g -1(无助催化剂, 远高于CdS), 且显示优良的稳定性及抗光腐蚀能力. 通过经验公式计算得出了其能带结构示意图, 结果表明, ZnxCd1-xS固溶体的导带和价带的位置随着Zn含量的增加而向更负的导带和更正的价带移动. 固溶体导带电位更负促进更有效的氢产生, 电位价带更正导致电荷更容易发生转移. Zn0.9Cd0.1S高的光催化活性可能归因于中等的导带边缘和最合适的带隙. 最后利用光电流及交流阻抗阐明了其光生电子-空穴对的分离及迁移机理. 与CdS相比, Zn-Cd-S固溶体的形成促进了光生载流子在界面间的传输, 抑制了其快速复合, 从而大幅度改善了光催化活性及稳定性. 该硫化物纳米晶的绿色制备技术期望可推广到其它硫化物可见光光催化体系.     

Ba0.9La0.1Ce0.7Zr0.2Nd0.1O3-α陶瓷的化学稳定性和离子导电性

用高温固相反应法制备了Ba0.9La0.1Ce0.7Zr0.2Nd0.1O3-α陶瓷。粉末X-射线衍射(XRD)结果表明,该材料为单一钙钛矿型BaCeO3斜方晶结构,在高温下、CO2或水蒸气气氛中具有较高的稳定性。在500～900℃温度范围内,分别用交流阻抗谱技术和气体浓差电池方法研究了材料在不同气体气氛中的离子导电特性,并与Ba0.9Ca0.1Ce0.9Nd0.1O3-α材料的导电特性进行了比较。结果表明,在500～900℃温度范围内,干燥和湿润的氢气、氮气、空气和氧气气氛中,材料的电导率均随着温度升高和氧分压增加而增加,且材料在湿润气氛中的电导率稍高于相应的干燥气氛中的电导率(氢气气氛中则相反)。在湿润氢气中,材料的质子迁移数为1,是一个纯的质子导体;在干燥空气中,材料的氧离子迁移数为0.087～0.155,是一个氧离子与电子空穴的混合导体;在湿润空气中,材料的质子迁移数为0.001～0.004,氧离子迁移数为0.160～0.198,是一个质子、氧离子和电子空穴的混合导体。材料在干燥和湿润空气中的氧离子电导率均高于相同条件下Ba0.9Ca0.1Ce0.9Nd0.1O3-α材料的氧离子电导率。     

Ce0.1+xTi0.5-xAl0.2Y0.1La0.1O1.8材料的制备及在三效催化剂中的应用

采用共沉淀法制备了Ce0.1+xTi0.5-xAl0.2Y0.1La0.1O1.8(0≤x≤0.4)材料, 并对所制备的材料进行了X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)的表征, 测定了材料的比表面积(BET法)和储氧量(OSC), 同时采用氢气程序升温还原(H2-TPR)和氨气程序升温脱附(NH3-TPD)研究了材料的还原性能和表面酸性. 研究结果表明, Ce/Ti摩尔比大于1∶2的材料能形成立方萤石结构的固溶体, Ce/Ti摩尔比为1时, 材料表面Ce4+/Ce3+摩尔比达到最大; 随着Ce/Ti摩尔比的增大, 材料的储氧能力先增大后减小, 而TPR还原峰温则是先减小后增大, 当Ce/Ti摩尔比为1时, 材料的储氧量达到最大, 为660 μmol/g; 还原峰峰温最低, 为616 ℃. 以制备的材料为载体制备了一系列Pt/Ce0.1+xTi0.5-xAl0.2Y0.1La0.1O1.8三效催化剂, 并对催化剂进行了活性评价. 活性测试结果表明, 以Ce/Ti比为1的载体材料制成的催化剂对C3H8, CO和NO的起燃温度分别为236, 147和228 ℃, 表现出了优异的温度特性.     

焙烧温度对LaSrFeMo0.9Co0.1O6催化剂催化甲烷燃烧性能的影响

采用溶胶凝胶法制备LaSrFeMo0.9Co0.1O6,以催化甲烷燃烧为目标反应,研究不同焙烧温度(600、700、800、900℃)对其催化甲烷燃烧性能的影响.通过XRD、BET、H2-TPR及SEM技术对其结构进行表征.结果表明,在不同的焙烧温度下均可形成完整的双钙钛矿晶型,且焙烧温度不同其催化活性不同,随着焙烧温度的升高其催化活性先升高后逐渐降低.当焙烧温度为800℃,样品比表面积为14 m2/g,起燃温度T10％为428℃,T90％为640℃.     

电解液对LiCr0.1Mn1.9O4电化学性能的影响

容量;循环特性;自放电;电解液对LiCr0.1Mn1.9O4电化学性能的影响     

掺F影响LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2结构和性能的微观机制

以氟化锂为氟源,通过高温固相法合成了F掺杂的LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)和电化学测试等手段研究F影响LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2结构和性能的微观机制。结果表明:适量F掺杂可以提高正极材料的放电比容量,改善其倍率性、循环性和热稳定性。当F掺杂量(物质的量分数)为1.5%时,材料的综合电化学性能最优,初始放电比容量(0.2C)和50周循环容量保持率(1C)分别由原始的174.0 mAh·g~(-1)(78.7%)提高到178.6 mAh·g~(-1)(85.7%)。LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2材料性能的改善可归因于F能够增强过渡金属层、锂层与氧层之间的结合力,提高材料的结构稳定性。此外,F掺杂还有利于降低电化学反应中的界面电阻和电荷转移阻抗。     

微球LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2材料的制备及在改性电解液中的电化学性能

利用共沉淀辅以高温烧结法制备了椭球形三元高镍LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2(LNCM811)正极材料,并用XRD、SEM和TEM对其结构和形貌进行表征。利用CV和恒流充放电测试LNCM811在添加质量含量分别为2%(w/w)DTD(硫酸乙烯酯)、1%(w/w)MMDS(甲烷二磺酸亚甲酯)及其复合添加剂2%DTD+1%MMDS的电解液中的电化学性能,并利用EIS测试其充放电过程中的动力学特性。结果发现相较于1%MMDS,2%DTD能较为显著提高LNCM811在常温的首周放电容量和首周库伦效率;1%MMDS和2%DTD均能提高电极材料的长循环寿命,室温25℃条件下2%DTD比1%MMDS效果更显著,而高温60℃下1%MMDS比2%DTD更为明显;LNCM811正极无论在室温下还是高温下在复合添加剂的电解液中均具有最好循环性能。EIS测试表明2%DTD+1%MMDS复合添加剂能显著降低LNCM811动力学阻抗。     

Sn0.9Mg0.1P2O7的中温离子导电性

采用固相法合成了Sn_0.9Mg_0.1P₂O₇, 用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)测试方法对样品进行了表征. 粉末XRD结果表明, 该样品为单一立方相SnP₂O₇结构. 采用多种电化学方法研究了样品在中温范围内(323-523 K)质子和氧离子导电性. 样品在湿润氢气气氛中423 K下, 电导率达到最大值5.04×10^-2 S·cm^-1. 该样品在氢气气氛中的离子、质子、氧离子和电子迁移数(N_t)分别为0.95-1.00、0.84-0.96、0.04-0.10和0.00-0.05, 该样品在氢气气氛中几乎是一个纯离子导体, 其中, 质子导电为主, 同时具有一定的氧离子导电和少量的电子导电. 以该样品为燃料电池固体电解质, 组装氢气/空气燃料电池, 在398、423和448 K时最大输出功率密度分别为18.7、27.7和33.9 mW×cm^-2.     

BaCe0.5Zr0.4La0.1O3－α陶瓷的制备及其电性能

以高温固相反应法合成了BaCe0.5Zr0.4La0.1O3－α陶瓷. 粉末XRD结果表明, 该陶瓷材料为单一钙钛矿型BaCeO3斜方晶结构, 在高温下、CO2或水蒸气气氛中具有较高的稳定性. 以陶瓷材料为固体电解质、多孔性铂为电极, 用交流阻抗谱技术测定了材料在500～900 ℃下, 不同气体气氛中的电导率; 用气体浓差电池方法测定了材料在干燥空气、湿润空气和湿润氢气气氛中的离子迁移数, 研究了材料的离子导电特性. 结果表明, 在500～900 ℃下, 干燥或湿润的气体气氛中, 随着温度升高和氧分压增大, 材料的电导率均增大. 在干燥空气中, 陶瓷材料的氧离子迁移数为0.685～0.147, 是一个氧离子与电子空穴的混合导体. 在湿润空气中, 陶瓷材料的质子迁移数为0.001～0.006, 氧离子迁移数为0.618～0.164, 是一个质子、氧离子和电子空穴的混合导体. 在湿润氢气中, 500～700 ℃温度范围内, 陶瓷材料的质子迁移数为1, 是一个纯的质子导体; 而在800～900 ℃温度范围内, 陶瓷材料的质子迁移数为0.957～0.954, 是一个质子与电子的混合导体, 质子电导占主导.     

化学溶液分解法制备(Bi0.9Nd0.1)2Ti2O7薄膜

采用化学溶液分解法（CSD）在p—Si（111）衬底上制备了（Bi0.9Nd0.1）2Ti2o7薄膜。用X射线衍射技术分析了薄膜的结构和结晶性，结果显示，在600℃退火10min得到了结晶性较好、表面致密的多晶薄膜；用原子力显微镜描述了薄膜的表面形貌，与在XRD中观察到的择优取向是一致的；同时还研究了薄膜的电学性能。结果表明，在0～6V范围内，薄膜的漏电流小于1．53×10^10A；在室温100kHz下，其介电常数为166，介电损耗因子为0．227，显示出薄膜具有较好的绝缘性和介电性能。     

新型电解质材料CaZr0.1Ti0.9O3的制备与电性能研究

采用溶胶-燃烧法合成了可用于固体氧化物燃料电池(SOFC)的新型固体电解质材料CaZr_0.1Ti_0.9O₃。通过XRD、交流复阻抗等电化学方法对样品的结构、电导性能进行了表征,并考察了材料的烧结性能。结果表明,溶胶-燃烧法可以成功制备出具有良好烧结性能的CaZr_0.1Ti_0.9O₃电解质粉末,1400℃下得到的烧结体的相对密度可达到95%。电性能测试表明CaZr_0.1Ti_0.9O₃烧结体在中温范围内具有较高的氧离子电导率（σ^_800℃＝2.24×10^-3 S/cm）、低的电导活化能（0.89 eV）;样品的导电性能受烧结温度的影响,合理的控制烧结温度对于获得导电性能优良的CaZr_0.1Ti_0.9O₃电解质材料具有重要作用。     

稀土电解质Ce0.9M0.1O2-δ(M=Pr,Nd,Sm,Gd,Dy)的制备与性能

用溶胶-凝胶法制备中温电解质材料Ce0．9M0.1O2-δ,(M=Pr，Nd，Sm，Gd，Dy)系列样品。X射线衍射分析表明，样品为单相立方萤石结构，晶胞体积随着M原子序数的增加而减小。高温阻抗测量表明样品Ce0．9M0.1O2-δ电导率最高。Ce0．9M0.1O2-δ系列样品随着M原子序数的增加热膨胀系数减小。