用于分析氧离子导体的氧表面交换行为的脉冲同位素交换方法

本文详细描述了一种用于测量氧化物离子导体的氧表面交换速率的新型脉冲~(18)O-~(16)O同位素交换(PIE)技术.该技术采用装有氧化物粉末的连续流动填充床微反应器实现.通过在线气相质谱法测量通过反应器的富含180的脉冲的等温响应.表观氧交换速率可以通过在给定的反应器停留时间和可用于交换的表面积下氧化物吸收~(18)O的数量来计算.相比于其他氧同位素交换的技术,PIE技术不需要快速加热/淬火步骤,具有快速、简单、非常适合筛选材料和系统研究反应机理的优点.此外,利用氧同位素~(18)O_2、~(16)O~(18)O和~(16)O_2在流出脉冲中的相对分布可以深入研究氧的表面交换反应机理.本文采用PIE技术分析YSZ、Ba_(0.5)Sr_(0.5)Co_(0.8)Fe_(0.2)O_(3-δ)和La_2NiO_(4+δ)在350～900℃范围内表面氧交换性能.根据同位素交换反应的两步式反应模型分析,对于混合导体BSCF和La_2NiO_(4+δ),O_2分子在氧化物表面的解离吸附速率为速率控制步骤.对于YSZ,在800℃时,其表面氧交换的速率控制步骤由氧离子的晶格溶入变成O_2分子在氧化物表面的解离吸附步骤.