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).     

(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.     

Synthesis and Electrical Properties of New Solid State Electrolyte Materials Ce_(6-x)Ho_xMoO_(15-δ)(0.0≤x≤1.2)

Ce6-xHoxMoO15-δ(0.0≤x≤1.2) was synthesized by modified sol-gel method and characterized by diffe-rential X-ray diffraction(XRD), Raman, and X-ray photoelectron spectroscopy(XPS) methods. The oxide ionic con-ductivity of the samples was investigated by AC impedance spectroscopy. It shows that all the samples are single phase with a cubic fluorite structure. The solid solution Ce6-xHoxMoO15-δ(x=0.6) was detected to be the best con-ducting phase with the highest conductivity(σt=1.05×10-2 S/cm) at 800 ℃ and the lowest activation energy(Ea=1.09eV). These properties suggest that this kind of material has a potential application in intermediate-low temperature solid oxide fuel cells.     

BaCe0.8Ln0.2O2.9(Ln=Gd, Sm, Eu)固体电解质的低温制备及其燃料电池性质

利用溶胶 凝胶法低温合成了BaCe0 .8Ln0 .2 O2 .9(Ln =Gd ,Sm ,Eu)固体电解质 ,X射线粉末衍射表明 90 0℃即形成正交钙钛矿结构 ,较高温固相反应合成温度降低了约 6 0 0℃ .测定了样品的阻抗谱和电导率 ,研究了其导电机理 ,溶胶 凝胶法合成可减小或消除固体电解质的晶界电阻 ,80 0℃时BaCe0 .8Gd0 .2 O2 .9的σ =7.87× 10 -2S·cm-1,以它为电解质的氢氧燃料电池开路电压接近 1V ,最大输出功率密度为 30mW·cm-2 .     

固体氧化物燃料电池阳极材料Sm1-xSrxCrO3(0≤x≤0.1)的合成及电化学性能

Sm1-xSrxCrO3;电导率;极化电阻;固体氧化物燃料电池     

Ce1-xGdxO2-x/2的溶胶-凝胶法合成及其性质

利用溶胶-凝胶法合成了Ce₁-xGdxO_2-x/2(x=0.1～0.6)系列固体电解质,系统地研究了其结构、热膨胀系数和导电性.XRD结果表明,160℃即完全形成立方萤石结构.由于溶胶-凝胶法合成的物质粒度均匀,颗粒小,故在较低温度(1300℃)时即可形成高致密样品,此温度明显低于传统的高温固相法烧结温度(1600～1650℃).高温X射线衍射测得Ce_0.8Gd_0.2O_1.9的热膨胀系数为8.125×10^-6K₁.阻抗谱表明,溶胶-凝胶法合成可减少或消除固体电解质的晶界电阻,600℃时Ce_0.8Gd_0.2O_1.9的电导率为5.26×10^-3S/cm,活化能E_a=0.82eV.     

Ce1-xEuxO2-δ(x=0.05～0.50)固溶体的溶胶-凝胶法合成与性质研究

利用溶胶-凝胶方法合成了固溶体Ce1-xEuxO2-δ,通过XRD, Raman, XPS和交流阻抗谱系统研究了固溶体Ce1-x-EuxO2-δ的结构,确定了稀土离子价态及掺杂对CeO2基电解质电性能的影响.XPS分析表明固溶体Ce1-xEuxO2-δ中,Eu离子价态为+3价,Ce离子主要以Ce4+离子形式存在,阻抗谱测试表明低价离子掺杂使固溶体Ce1-xEuxO2-δ的导电率得到很大提高,导电率x=0.2时达到最大值σ600 ℃=2.87×10-3 S·com-1.导电活化能为Ea=0.72eV.     

Sm, Pr掺杂CeO2和CeMoO15基固体电解质的结构与性能

采用溶胶凝胶法制备了Sm和Pr掺杂的CeO2和CeMoO15基固体电解质, 通过X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、场发射扫描电镜(FE-SEM)等手段对氧化物结构进行了分析, 用交流阻抗谱测试了其电性能, 并比较了不同基体及其掺杂体系的结构与电性能. 结果表明, Ce6MoO15基掺杂体系的导电性能高于CeO2基掺杂体系; 元素Mo的加入使Ce6MoO15基材料的晶粒尺寸增大, 晶界相成分减少, 材料的晶界电导率增加, 600 ℃以下材料导电性能明显提高; Pr的掺入减小了材料的晶粒尺寸, 提高了材料的晶界电导率.     

Ce1-xCaxO2-x的溶胶-凝胶法的合成及其性质

固体电解质;氧离子导体;Ce1-xCaxO2-x的溶胶-凝胶法的合成及其性质     

YxTi2On(1.7≤x≤2.1)系固态电解质的共沉淀法合成及电导率研究

以TiCl3、YCl3溶液和氧化钛、氧化钇为原料,通过共沉淀法和固相法制备了YxTi2On(1.7≤x≤2.1,x=1.7,1.8,1.9,2.0,2.1)系烧绿石型固态电解质样品。粉体经700℃处理后在透射电镜下可见其粒径小于100 nm的晶粒。用共沉淀法制得的样品通过1500℃/5 h烧结后的相对密度近94%,且比用固相法经1550℃/5 h烧结所获相同组成样品的相对密度明显要高。X衍射表明样品A(x=1.7)的主晶相为烧绿石和二氧化钛,而样品D(x=2.0)和E(x=2.1)都为烧绿石。从扫描电镜照片可见,样品E的晶界随着烧结温度的提高变得更清晰,晶体生长也更充分。随着Y2O3含量的增加,YxTi2On(1.7≤x≤2.1)系电解质的电导率随之增加。用共沉淀法所得样品的电导率明显高于相应固相法所得样品。随烧结温度和测量温度的提高,样品E的电导率增加。     

Ce_(1-x)Ca_xO_(2-x)的溶胶-凝胶法的合成及其性质

用溶胶 -凝胶法合成了 Ce1-x Cax O2 -x(x=0～ 0 .3 5 )系列固体电解质 ,系统地研究了其晶体结构随Ca O含量的变化关系 .XRD测试表明 ,该体系于 1 60℃即形成萤石结构纯相 .高温 XRD表明 ,从室温至80 0℃ ,Ce1-x Cax O2 -x(x=0～ 0 .3 5 )未出现结构相变 .此法合成温度远低于传统的高温固相合成法和水热合成法的温度 .合成物的颗粒小 ,粒度均匀 .在 1 3 0 0℃即可烧结成高致密度样品 .XPS测试表明 ,掺杂 Ca O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 Ce O2 基固体电解质的性能 .     

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 ℃).     

BaCe_(0.8)Y_(0.2)O_(3-α)的溶胶-凝胶法合成及其电性能

用溶胶-凝胶法合成了BaCe_(0.8)Y_(0.2)O_(3-α)固体电解质前驱体，并以低 于通常固相反应150～250 ℃的温度（即1400～1500 ℃）进行了烧结。以烧结体样 品为固体电解质、多孔性铂为电极，组成氢及氧浓差电池、氢-空气燃料电池，测 定了BaCe_(0.8)Y_(0.2)O_(3-α)烧结体的质子和氧离子迁移数以及燃料电池的性 能，并与高温固相反应法合成的样品进行了比较。结果表明，烧结温度能显著影响 溶胶-凝胶法合成样品的质子迁移数及燃料电池性能。烧结温度≥ 1450 ℃时，质 子迁移数近似为1，燃料电池性能亦较高，烧结温度< 1450 ℃时，质子迁移数< 1 ，燃料电池性能亦较低。在1400～1500 ℃烧结的样品中，1450 ℃下烧结的样品具 有最高的电池性能，接近于高温固相反应法合成的样品。     

MgO掺杂Ce_(0.9)Sm_(0.1)O_(2-δ)固体电解质的结构和电性能

采用溶胶-凝胶法合成SiO2含量为5.0×10-4(w)的Ce0.9Sm0.1O2-δ(SDC)粉体(SDCSi),并将0-3.0%(x)MgO分别加入到SDCSi陶瓷粉体中,用X射线衍射(XRD)和场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)对材料进行表征,用交流阻抗谱(AC)测试材料的电性能.结果表明:MgO掺杂能使SDCSi的烧结温度降低100-200℃,提高陶瓷材料的致密度;清除或降低陶瓷材料晶界处SiO2杂质的有害影响,显著提高晶粒/晶界电导率和总电率;MgO掺杂到SDCSi具有烧结助剂和晶界杂质清除剂的双重作用.     

La1.95Sr0.05Mo2O9固体电解质的电性质

采用溶胶-凝胶法合成了La1.95Sr0.05Mo2O9固体电解质材料,采用SEM,XRD,交流阻抗谱、气体浓差电池、氧泵等方法对样品进行了表征.结果表明,制得的样品为立方结构;在600～1000℃下氧浓差电池电动势的实测值与理论值吻合得很好,氧离子迁移数为1,表明该陶瓷样品在该温度下氧气气氛中为一纯氧离子导体;离子电导率随温度升高而增大,1000 ℃时达到最大值0.12 S·cm-1.高于相同条件下母体的电导率(0.03 S·cm-1).     

低温燃烧法制备掺杂NiO的Beta-Al_2O_3固体电解质

以Li_2O为稳定剂,柠檬酸(CA)为络合剂,采用溶胶-凝胶低温燃烧法制备掺杂Ni O的Beta-Al_2O_3固体电解质.通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、热重/差热(TG/DSC)分析及抗弯强度、体积密度和交流阻抗测试研究了固体电解质的结构与性能.结果表明,当NiO的含量(质量分数)达到0.10%时,Beta-Al_2O_3固体电解质的形貌致密,β″相含量达到88.33%,相对体积密度为99.75%,抗弯强度为248 MPa,350℃下的电导率为0.108 S/cm.     

溶胶-凝胶低温燃烧法合成Ce1-xGdxO2-x/2固体氧化物纳米粉

采用溶胶-凝胶低温燃烧法合成出Ce1-xGdxO2-x/2(x=0, 0.05,0.10,0.15,0.20,0.30)固体氧化物纳米粉.将用Sol-Gel法制成的干凝胶加热至300 ℃左右使之发生燃烧反应,再将燃烧产物在600 ℃焙烧2 h,即可形成单相萤石结构的氧化物粉体,其平均晶粒直径为20 nm左右.     

溶胶-凝胶法合成(Ce, Tb)GdMgB5O10及其发光性质的研究

利用溶胶-凝胶法合成了纯的GdMgB5O10及GdMgB5O10：Ce^3 ，Tb^3 粉末；利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、发光光谱等测试手段对GdMgB5O10以及GdMgB5O10：Ce^3 ，Tb^3 粉末的物相、形貌、发光性质等进行了研究。XRD和SEM结果表明溶胶-凝胶法适合制备GdMgB5O10，且在800℃焙烧时完成结晶，颗粒尺寸为200～300nm。发光光谱的测试表明：Tb^3 呈现其特征绿光发射，最强峰位于543nm，在GdMgB5O10：Tb^3 中，当236nm激发时其最佳掺杂摩尔分数为16％。通过光谱分析进一步证实了GdMgB5O10：Ce^3 ，Tb^3 中存在的能量传递过程为：Ce^3 将能量传递给Gd^3 ，然后能量在Gd^3 次晶格中经若干次迁移，最后被Tb^3 捕获。     

掺杂MoO_3对Ce_(0.8)Nd_(0.2)O_(1.9)固体电解质结构与电性能的影响

采用溶胶凝胶方法将过渡金属氧化物MoO3加入到Ce0.8Nd0.2O1.9体系中,讨论MoO3的掺杂对微观结构及电性能的影响。通过X-射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FE-SEM)等手段对氧化物进行结构表征,交流阻抗谱测试电性能。结果表明:烧结过程中MoO3在晶粒边缘形成液相,增加了晶粒间浸润性,晶粒间位置重排并接触,晶界滑移加快,促使材料致密化,晶界体积分数降低;总电导率和晶界电导率因晶界电阻减少而提高。600℃时,NDC的σt和σgb分别为6.42×10-3和2.03×10-2S·cm-1,加入MoO3后材料的σt提高约1.5倍,σgb提高约4倍。MoO3是NDC体系理想的烧结助剂。     

新型Sn改性固体酸催化剂SO42-/TiO2催化1,6-己二醇二丙烯酸酯合成

丙烯酸酯单体包括通用丙烯酸酯和特种丙烯酸酯,不仅是高分子化合物的基本单体,也是化工有机反应的原料.特种丙烯酸酯在工业合成中虽然规模小,产量低,但已经应用到皮革、造纸、纺织、涂料、粘合剂和辐射固化技术等许多领域.辐射固化材料主要包括活性稀释剂、光引发剂、齐聚物和添加剂等.其中,齐聚物的主要成分就是丙烯酸酯单体的聚合物.然而,丙烯酸酯的合成工业难度不在合成路线,而是反应所使用的催化剂.浓硫酸和对甲苯磺酸等液体酸催化剂由于后续反应难分离、腐蚀设备、污染环境和催化剂不易回收等缺点,逐渐被固体酸催化剂所替代.而SO42-/MOx固体酸催化剂虽然没有这些缺点,但是催化剂比表面积较小,热稳定性较差,酸性难以调节.为了合成1,6-己二醇二丙烯酸酯,本文首先对多种催化剂进行了筛选,获得了活性高且稳定好的SO42-/TiO2-SnO2改性催化剂.采用N2吸附-脱附、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、红外光谱(IR)、吡啶红外、氨程序升温脱附和热重等技术考察了催化剂的结构特征、表面酸强度和热稳定性.通过N2吸附-脱附可知,Sn改性后催化剂的比表面积增加到126m2/g,较改性前有明显提高.XRD结果表明,Sn能较好地分散在催化剂载体表面,且随着Sn的加入,催化剂晶粒尺寸逐渐减小.SEM照片进一步证实了N2吸附-脱附和XRD结果.催化剂表面酸性通过吡啶红外和氨程序升温脱附测定.由IR图谱可知,固体酸催化剂SO42-/TiO2-SnO2中SO42-和金属原子的连接方式发生变化,更趋于螯合双齿配位结合.通过吡啶红外可以看出,当Sn添加量为6％时,改性催化剂的酸性位由未改性催化剂的59 μmol/g增加到167 μmol/g.氨程序升温脱附.结果表明,多次使用后催化剂的酸分布几乎不变,但酸量有所下降,这可能与催化剂表面硫源的损失有关.另外,通过热重对催化剂的热稳定性进行了分析,由于高温条件下孔结构容易坍塌导致硫源损失,因此第二个失重峰归属为SO42-的脱除峰.Sn改性后的催化剂中SO42-的脱除峰后移100℃左右,且失重量为5O42-/TiO2的2倍多,说明SO42-/TiO2-SnO2催化剂有更好的热稳定性和更多的酸性位.以1,6-己二醇和丙烯酸酯化反应中1,6-己二醇转化率和1,6-己二醇二丙烯酸酯收率为指标评价了催化剂的催化活性.主要研究了催化剂中Sn含量的影响,并对酯化反应条件进行了优化.结果表明,最适宜的Sn含量为6％,最优的反应条件为:酸/醇比3.5,催化剂添加量7％,酯化温度130℃,酯化时间3h.最后考察了改性催化剂的稳定性.结果表明,催化剂使用10次后,1,6-己二醇转化率仍可达81％以上,固体酸催化剂SO42-/TiO2-SnO2有良好的稳定性.