固溶体Ce_(1-x)Eu_xO_(2-δ)的~(151)Eu Mssbauer谱和电性能研究

利用溶胶-凝胶方法在800℃灼烧10h后,合成了固溶体Ce1-xEuxO2-δ(x=0.05~0.5),晶粒平均尺寸为60nm左右,XRD分析表明固溶体的结构为单相立方萤石结构。Mssbauer谱测试表明固溶体Ce1-xEuxO2-δ中Eu离子价态为+3价,同质异能移IS值随掺杂量x增加而增大。Eu3+的四极劈裂QS值小于零,表明Eu3+周围的晶体场是非对称的,QS的绝对值随掺杂量x增加而增大,说明随掺杂量x增加,晶体场对称性越差。阻抗谱测试表明通过掺杂使固溶体Ce1-xEuxO2-δ的导电率得到很大提高,电导率在x=0.2时达到最大值σ800℃=1.28×10-2S·cm-1,电导活化能达到最小值为Ea=0.72eV。     

固溶体Ce1-xEuxO2-δ的151Eu Mssbauer谱和电性能研究

利用溶胶-凝胶方法在800 ℃灼烧10 h后, 合成了固溶体Ce1-xEuxO2-δ(x=0.05～0.5), 晶粒平均尺寸为60 nm左右, XRD分析表明固溶体的结构为单相立方萤石结构. M(o)ssbauer谱测试表明固溶体Ce1-xEuxO2-δ中Eu离子价态为+3价, 同质异能移IS值随掺杂量x增加而增大. Eu3+的四极劈裂QS值小于零, 表明Eu3+周围的晶体场是非对称的, QS的绝对值随掺杂量x增加而增大, 说明随掺杂量x增加, 晶体场对称性越差. 阻抗谱测试表明通过掺杂使固溶体Ce1-xEuxO2-δ的导电率得到很大提高, 电导率在x=0.2时达到最大值σ800 ℃=1.28×10-2 S·cm-1, 电导活化能达到最小值为Ea=0.72 eV.     

固溶体Ce0.8Pr0.2O2-δ的合成及性质研究

利用溶胶-凝胶方法合成了Ce0.8Pr0.2O2-δ固溶体, XRD结果表明,经200 ℃焙烧就已经形成立方萤石结构固溶体,晶粒尺寸为8.1 nm, 随焙烧温度的升高,晶粒尺寸增大. X射线光电子能谱(XPS)结果表明,样品中存在氧离子缺位,铈离子主要为Ce4 离子,镨离子以混合价态Pr3 和Pr4 存在. 固溶体Ce0.8Pr0.2O2-δ的拉曼谱(Raman)观察到4个峰,458和1140 cm-1峰为特征F2g振动谱带,较宽的570和187 cm-1峰对应氧离子缺位及引起的不对称振动. 交流阻抗谱表明固溶体Ce0.8Pr0.2O2-δ在600 ℃时的电导率为1.44×10-3 S·cm-1, 活化能为Ea=0.67 eV (650～800 ℃), Ea=0.91 eV (400～600 ℃).     

纳米Ce1-xCoxO2-δ固溶体的水热合成及表征

采用水热方法, 在络合剂及氧化剂的辅助下合成出传统方法难以合成的Ce1-xCoxO2-δ固溶体. XRD结果表明, Ce1-xCoxO2-δ固溶体具有立方萤石结构; 产物的平均粒度约为4 nm. 小半径、低价态Co离子的掺杂导致晶格收缩. 结合XRD和Raman表征结果确定固溶体的固溶限约为x=0.06. 紫外光谱分析结果表明, Co离子以混合价态(+2, +3)存在于CeO2晶格中, 随着钴掺杂量的增大, 带隙逐渐蓝移. 低于固溶限样品的室温体相电导率随着钴含量增大而提高.     

新型固体电解质Ce5.2RE0.8MoO15-δ 的合成及电性质

采用溶胶-凝胶方法合成了系列新型氧化物Ce5.2RE0.8MoO15-δ(RE=Ce, Y, La, Sm, Gd, Dy, Ho, Er). 通过XRD, Raman和XPS等手段对氧化物的结构进行了表征, 采用交流阻抗谱测试其导电性能. 研究结果表明, RE3+的掺杂可增加氧离子的空位浓度, 改善母体电导率, 晶胞参数随RE3+半径的增大而增大. 掺杂离子Dy3+的半径(0.0908 nm) 与母体基质离子Ce4+的半径(0.0920 nm) 相近, 形成的掺杂氧化物晶格弹性应变最小, RE3+与氧空位间的缔合焓(ΔHA)最小, 因而氧化物Ce5.2Dy0.8MoO15-δ具有相对较高的电导率(7.02×10-3 S/cm)和较低的激活能(1.056 eV).     

Ce1－xPrxO2－δ (x＝0.05～0.30)固溶体的合成及其性质研究

利用溶胶-凝胶法合成了固溶体Ce1－xPrxO2－δ (x＝0.05～0.30). X射线衍射(XRD)分析表明, 在x≤0.30的范围内形成了单相萤石结构固溶体Ce1－xPrxO2－δ; X射线光电子能谱(XPS)结果表明, 样品中氧缺位浓度随掺杂量增大而增大, 铈离子主要为Ce4＋离子, 镨离子以混合价态Pr3＋和Pr4＋存在; 拉曼光谱(Raman)观察到两个峰, 458 cm－1峰为特征F2g振动谱带, 较宽的570 cm－1峰与样品中氧离子缺位有关; 交流阻抗谱测试表明, 固溶体Ce1－xPrxO2－δ的电导率随掺杂量增加而增大, x＝0.2时, 电导率达到最大, 活化能较低, σ600 ℃＝3.28×10－2 S/cm, σ700 ℃＝6.06×10－2 S/cm, Ea＝0.54 eV (250～650 ℃), Ea＝0.49 eV (650～800 ℃).     

单相Ce0.5Zr0.5O2立方固溶体的高压高温合成

以化学沉淀法制备的 Ce O2 和 Zr O2 纳米微粒为前驱体 ,首次在高压高温 (3 .1 GPa,1 0 73 K)下合成了单相 Ce0 .5Zr0 .5O2 面心立方固溶体 .使用 X射线衍射、TG-DTA、XPS、Raman、电子自旋共振谱和交流阻抗谱等对样品的结构、Ce离子的价态和导电性进行了表征 .实验结果表明 ,纳米 Ce O2 -50 % Zr O2 混合物在高压 (0 .9GPa以上 )高温 (1 0 73 K以上 )条件下可以发生固态反应 ,高压下固溶温度明显降低 .Ce0 .5Zr0 .5O2 面心立方固溶体在 773 K以下是热稳定的 ,不发生结构转变 ,固溶体中 Ce离子完全以 Ce4 + 形式存在 ,773 K退火也不引起 Ce4 + 向 Ce3 + 转变 ,晶格中氧缺位非常少 .Ce0 .5Zr0 .5O2 面心立方固溶体是离子导电 ,82 3 K时电导率 σ=1 .2× 1 0 -5S/cm,与纯 Ce O2 在同温度下的电导率同数量级 ;1 1 2 3 K时 σ=2 .1× 1 0 -3 S/cm,小于掺入稀土或碱土氧化物的氧化锆和氧化铈基电解质的电导率 .在高温区和低温区 ln(σT)与 1 /T的关系满足斜率不同的二条直线 ,低温活化能小于高温活化能 .固溶体的显微硬度 (50 g载荷 )为 572 HV.     

钐掺杂对CeO2电解质导电性能的影响

采用溶胶-凝胶法合成Ce1-xSmxO2-δ(x=0,0.1,0.2)系列固体电解质.通过XRD,Raman,SEM和交流阻抗技术系统研究掺杂浓度、相对密度、晶粒大小和氧空位浓度对电解质导电性能的影响.XRD结果表明,所有样品均呈现CeO2结构,即形成了 Ce1-xSmxO2-δ固溶体.在掺杂离子相同,电解质的晶粒大小和相对密度十分接近的情况下,较多Sm3+的掺人能促使样品形成较多的氧空位,更有利于O2-的传递,从而使得Ce0.8Sm0.2O2-δ的电导性能高于Ce0.9Sm0.1O2-δ样品.     

固体电解质Ce_(0.9)Er_(0.1-x)Pr_xO_(1.95+δ)的微观结构及电性能

采用柠檬酸溶胶-凝胶法制备了固体电解质Ce0.9Er0.1-xPrxO1.95+δ(x=0.02~0.08),利用X射线粉末衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)、拉曼光谱(Raman)、X射线光电子能谱(XPS)和交流阻抗谱研究了样品的微观结构和电性能.XRD结果表明,800℃煅烧的所有样品均形成了单相立方萤石结构;Raman光谱结果表明,Ce0.9Er0.05Pr0.05O1.95+δ具有氧缺位的立方萤石结构;XPS分析表明,Ce0.9Er0.05Pr0.05O1.95+δ存在氧缺位,Pr3+离子和Pr4+离子共存;AFM观测结果表明,1300℃下烧结的样品比1400℃下烧结的样品致密;交流阻抗谱结果表明,Pr掺杂量x=0.05时,Ce0.9Er0.05Pr0.05O1.95+δ的电导率最高(σ600℃=1.34×10-2S/cm,Ea=0.90 e V),比未掺杂Pr的Ce0.9Er0.1O1.95(σ600℃=8.81×10-3S/cm,Ea=0.92 e V)提高了52%,说明在Ce0.9Er0.1O1.95中适量掺杂Pr可提高材料的电导率,降低活化能.     

纳米晶固溶体Ce0.8Nd0.2O2-δ的合成与表征

利用溶胶 -凝胶法合成纳米晶固溶体 Ce0 .8Nd0 .2 O2 -δ.XRD测试表明 ,胶体经 2 0 0℃烧结处理就可以得到晶粒尺寸为 7.2 nm的纳米晶 ,随烧结温度的升高 ,晶粒尺寸增大 .EPR测试给出固溶体 Ce0 .8Nd0 .2 O2 -δ存在少量的 Ce3 +离子 .在纳米晶固溶体 Ce0 .8Nd0 .2 O2 -δ的 Raman光谱上观察到两个峰 ,低频的强峰为特征F2 g振动谱带 ,高频谱带的出现与样品中存在氧缺位有关 .固溶体晶粒尺寸的减小不但使 F2 g振动谱带红移 ,而且谱带明显宽化 .复阻抗谱的测量表明 ,固溶体 Ce0 .8Nd0 .2 O2 -δ具有氧离子导电特性 .4 0 0和 50 0℃时的电导率分别为 4 .55× 1 0 -4 和 2 .65× 1 0 -3 S· cm-1,活化能为 0 .82 e V     

高温高压合成的Ce1-xEuxO2-δ固溶体的价态和输运性质研究

Ce O2 具有典型的萤石结构 ,当晶格中产生氧缺位时则形成氧离子固体电解质材料 Ce O2 -δ.Ce O2中的氧缺位浓度可通过掺入不同价态的离子来调整 ,如通过掺杂 Ca,Sr,Y或其它稀土离子所形成的固溶体具有比 Y稳定的 Zr O2 更高的离子电导率 [1] .近年来通过水热法合成了一些 Ce O2 基固体电解质 [2～ 4 ] ,在对 (Ce O2 ) 1- x(Bi O1.5) x 固溶体的研究中发现 ,Bi2 O3在 Ce O2 中的固溶限可达 5 0 % ,而 Sm2 O3在 Ce O2 中的固溶限仅为 3 0 % .高温高压在化合物的合成方面具有可调节离子价态和阴离子缺位数等特点 .本文利用高温高压…     

碱土金属双掺杂的Ce_(0.9)Ca_(0.1-x)Sr_xO_(1.9)中温固体电解质的性能与应用

以固相反应方法合成了碱土 (Ca ,Sr)双掺杂的氧化铈基固溶体材料Ce0 .9Ca0 .1 -xSrxO1 .9(x =0 ,0 0 4,0 0 5 ,0 0 6 ,0 1)。结构研究表明 :碱土双掺杂的CeO2 呈立方萤石结构。利用阻抗谱研究了材料的离子导电性 ,发现碱土双掺杂有利于提高材料离子导电率 ,掺杂两种碱土金属离子的等效半径接近临界离子半径时导电率最高。将此系列材料作为电解质进行了燃料电池试验 ,发现电池的输出功率高于YSZ电解质及碱土单掺杂氧化铈 ,且电池输出开路电压亦高于单掺杂的情况。     

(Ce0.8RE0.2)1-xMxO2-δ固体电解质的溶胶-凝胶合成及其电性质

利用溶胶 凝胶法合成了 (Ce0 .8RE0 .2 ) 1-xMxO2 -δ(RE :稀土 ,M :碱土 )系列固体电解质 ,XRD表明 80 0℃即形成萤石结构 ,较高温固相反应合成温度低约 70 0℃ .测定了样品的电导率和阻抗谱 .XPS测试表明 ,掺杂碱土氧化物后吸附氧浓度明显增大 ,氧空位增多 ,电导率和氧离子迁移数增大 ,改善了CeO2 基固体电解质的性能 .讨论了碱土及稀土离子对电性质的影响 .(Ce0 .8Sm0 .2 ) 1-0 .0 5 Ca0 .0 5 O2 -δ80 0℃时电导率0 1 2 6S·cm-1,氧离子迁移数 0 .99.     

BaCe1-xEuxO3-δ解质的Raman谱与TG-DTA研究

合成了初始摩尔比为Ba/(Ce+Zu)=1.0和1.1的钙钛矿型氧化物BaCe1-xEuxO3-δ(x=0.05,0.10,0.15,0.20).XRD分析表明,过量Ba的样品Ba/(Ce+Eu)=1.1已成钙钛矿单相,样品Ba/(Ce+Eu)=1.0有微量CeO2相存在.Raman谱分析表明,微量CeO2相的产生是由于高温烧结时引起一定量BaO的蒸发引起的;样品Ba/(Ce+Eu)=1.1中过量的Ba对高温烧结时BaO的蒸发起到了补偿作用.热重(TGA)和差热分析(DTA)显示,样品长期放置在空气中,会与空气中的CO2发生一定的反应.     

Al3+离子掺杂δ-MnO2的制备和电化学性能

采用水热法合成了不同比例Al³⁺离子掺杂的δ-MnO₂纳米粉体.通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、 X射线光电子能谱(XPS)、循环伏安(CV)曲线、电化学阻抗谱(EIS)和恒电流充放电(GCD)曲线等手段对材料的结构和电化学性能进行了表征.结果表明, Al³⁺离子进入δ-MnO₂的晶格替代部分Mn³⁺和Mn⁴⁺离子,使得δ-MnO₂电极的性能明显提升.当反应物中Al³⁺/Mn²⁺摩尔比为0.45时,所得样品(A0.45M)的性能最好;其在1 A/g电流密度下的比电容为207.61 F/g,是纯相δ-MnO₂(A0M)的2.4倍;其在10 A/g电流密度下循环10000次后的比电容为100.81 F/g,容量保持率为81.33%.     

Ce1-xM′xCa0.2O1.8-0.4x (M=Y,La和Gd)

采用水热法合成了系列双掺杂的萤石结构Ce1-xLnxCa0.2O1.8-0.4x固溶体, 并研究了3种稀土离子对固溶体导电性的影响, 发现掺杂离子半径接近Ce4+时, 体系电导率增大而活化能降低. 同时发现水热合成的Ce1-xLnxCa0.2O1.8-0.4x样品的平均粒度按着掺入离子Y3+, Gd3+, La3+的顺序逐渐减小, 分别为32, 20和15 nm. 这种变化是由于Y3+半径比La3+和Gd3+更接近Ce4+, 因而在水热合成过程中, 掺Y3+的体系更有利于晶粒的生长, 得到的晶体粒度较大.     

LaGaO3基固体氧化物燃料电池阳极材料Ce1-xTmxO2-δ（Tm=Cu,Mn,Fe）研究

以研究与Sr,Mg掺杂LaGaO3(LSGM)电解质匹配的阳极材料为出发点,系统研究了Ce1-xTmxO2-δ(Tm=Cu,Mn,Fe)固溶体的晶体结构、热化学稳定性、电化学性能和单电池发电实验。柠檬酸法合成的Ce1-xTmxO2-δ化合物在x<0.2时均为单相材料,与LSGM电解质有良好的热化学相容性。采用交流阻抗法研究了阳极材料的电化学性能,金属元素掺杂可以显著地改善CeO2电化学性能,Fe元素掺杂阳极材料极化电阻最小,随着元素掺杂量的增加以及氢气增湿,极化电阻减小。采用电解质支撑结构单电池进行发电实验,在800℃时,以Ce0.8Fe0.2O2-δ作为阳极的单电池最高功率密度可达98 mW.cm-2,表明该材料作为IT-SOFC的阳极材料具有一定的可行性,有望成为适合LSGM电解质的阳极材料。     

Ce0.8Gd0.2-xPrxO1.9固溶体的合成与表征

利用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、X射线光电子能谱(XPS)和交流阻抗谱对溶胶-凝胶法制备的稀土双掺杂固溶体Ce0.8Cd0.2-xPrxO1.9(x=0,0.02,0.10)的结构和导电性进行了研究.XRD结果表明,经800℃焙烧所得样品都形成了单相立方萤石结构,平均晶粒尺寸在23～30 nm之间;X...     

制备方法对钯-铈锆固溶体催化剂的结构与性能的影响

采用溶胶凝胶法制备了Pd掺杂型铈锆固溶体粉末.XRD和XPS分析结果表明,有部分Pd进入了固溶体的晶格,主要以PdO和PdO2的形态存在;900 ℃ 50 h的老化条件并没有使Pd和Ce的价态发生明显的变化;其催化性能主要取决于氧空位的数量和活性,与Pd负载型铈锆催化剂相比,表现出较好的热稳定性能.     

Ce1-xGdxO2-δ固溶体中缺陷物种的拉曼光谱研究

采用溶胶-凝胶法制备一系列Ce1-xGdxO2-δ固溶体。利用紫外(325 nm)和可见(514 nm)Raman光谱,X射线粉末衍射(XRD),透射电子显微镜(TEM)和紫外可见漫反射光谱(UV-Vis DRS),考察了Ce1-xGdxO2-δ固溶体的缺陷物种的分布以及Gd含量对缺陷浓度的影响。结果表明:Ce1-xGdxO2-δ固溶体中存在氧缺位(～560 cm-1)和GdO8型缺陷结构(～600 cm-1)。根据样品对Raman激发光的吸收,紫外Raman光谱反映样品的表层信息,可见Raman光谱反映样品的整体信息。Ce1-xGdxO2-δ固溶体表层氧缺位(να)和GdO8型缺陷物种的浓度(νβ)均高于固溶体体相,这归因于缺陷物种的表面富集。然而,相比于GdO8型缺陷物种,体相中氧缺位浓度增加较表层中的更显著。