新型氧离子导体La2Mo1.8Ga0.2O9陶瓷的合成及其电性能

通过高温固相合成法首次合成了La₂Mo_1.8Ga_0.2O₉陶瓷样品. 粉末XRD结果表明, 该样品为单一立方相La₂Mo₂O₉结构. 以陶瓷样品为固体电解质、多孔性铂为电极, 采用交流阻抗谱、气体浓差电池、氧泵等方法研究了样品在600～1000 ℃下各种气氛中的离子导电特性. 结果表明, 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; 氧泵(氧的电化学透过)实验结果进一步证实了该样品在氧气气氛中为一纯氧离子导体; 在氧分压p(O₂)＝10^－5～10⁵ Pa的高氧分压气氛中, 电导率与氧分压变化基本无关, 表明在该氧分压范围内样品为纯离子导体, 这与氧浓差电池电动势测定结果相吻合; 在低氧分压为10^－5～10^－15 Pa范围内, 总电导率随氧分压降低而稍有升高, 表明在该氧分压范围样品为氧离子与电子的混合导体; 在600～1000 ℃下氧离子电导率＞10^－2 S•cm^－1, 显著高于母体La₂Mo₂O₉的氧离子电导率, 1000 ℃时的氧离子电导率为0.07 S•cm^－1.     

新型氧离子导体La2Mo1.8Ga0.2O9陶瓷的合成及其电性能

通过高温固相合成法首次合成了La₂Mo_1.8Ga_0.2O₉陶瓷样品. 粉末XRD结果表明, 该样品为单一立方相La₂Mo₂O₉结构. 以陶瓷样品为固体电解质、多孔性铂为电极, 采用交流阻抗谱、气体浓差电池、氧泵等方法研究了样品在600～1000 ℃下各种气氛中的离子导电特性. 结果表明, 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; 氧泵(氧的电化学透过)实验结果进一步证实了该样品在氧气气氛中为一纯氧离子导体; 在氧分压p(O₂)＝10^－5～10⁵ Pa的高氧分压气氛中, 电导率与氧分压变化基本无关, 表明在该氧分压范围内样品为纯离子导体, 这与氧浓差电池电动势测定结果相吻合; 在低氧分压为10^－5～10^－15 Pa范围内, 总电导率随氧分压降低而稍有升高, 表明在该氧分压范围样品为氧离子与电子的混合导体; 在600～1000 ℃下氧离子电导率＞10^－2 S•cm^－1, 显著高于母体La₂Mo₂O₉的氧离子电导率, 1000 ℃时的氧离子电导率为0.07 S•cm^－1.     

固体电解质La2-xCaxMo1.7W0.3O9-δ(0≤x≤0.2)的合成、表征及电性能

在氧离子导体La₂Mo_1.7W_0.3O₉的基础上，采用固相法合成了La位掺杂的Ca系列新型氧化物La_2-xCa_xMo_1.7W_0.3O_9-δ(0≤x≤0.2)。通过XRD、Raman和XPS等手段对化合物结构进行表征，交流阻抗谱测试其电性能。结果表明：掺杂离子Ca²⁺的半径小于基质离子La³⁺的半径导致晶格收缩；Ca的掺杂在La₂Mo_1.7W_0.3O₉自身内置氧空位的基础上增加了额外的氧空位，提高了氧离子导体的电导率，550 ℃电导率由0.79 × 10^-4 S·cm^-1 (x=0.0)增加到1.5 × 10^-4 S·cm^-1 (x=0.16，0.2)，电导率增加89.9%。     

BaCe0.7Zr0.2La0.1O3-α陶瓷的制备和导电性

以高温固相反应法合成了BaCe_0.7Zr_0.2La_0.1O_3-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。以陶瓷材料为固体电解质、多孔性铂为电极,采用交流阻抗谱技术和气体浓差电池方法分别测定了材料在500～900 ℃下,干燥空气、湿润空气和湿润氢气中的电导率以及离子迁移数,研究了材料的离子导电特性。结果表明,在500～900 ℃下干燥空气中,陶瓷材料的最大电导率为1.8 mS·cm^-1,氧离子迁移数为0.14～0.04,是一个氧离子与电子空穴的混合导体。在湿润空气中,陶瓷材料的最大电导率为2.0 mS·cm^-1,质子迁移数为0.48～0,氧离子迁移数为0.25～0.10,是质子、氧离子和电子空穴的混合导体。在湿润氢气中,陶瓷材料的最大电导率为3.6 mS·cm^-1。在500～700 ℃温度范围内,陶瓷材料的质子迁移数为1,是纯的质子导体;而在800～900 ℃温度范围内,陶瓷材料的质子迁移数为0.93～0.91,是质子与电子的混合导体,质子电导占主导。     

La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.2O3－α陶瓷的质子导电性能研究

采用溶胶-凝胶法合成了La_0.8Sr_0.2Ga_0.8Mg_0.2O_3－a陶瓷样品, 用XRD, DSC-TGA, SEM, 交流阻抗谱, 气体浓差电池及气体电化学透过等方法对样品的结构和性质进行了表征和测试. 首次对该样品的质子导电性能进行了研究. 该陶瓷样品具有良好的微观结构, 相对密度达95.1%; 氢浓差电池电动势的实测值与理论值吻合, 离子迁移数为1; 在干燥的氧气气氛中是一个纯的氧离子导体; 氢的电化学透过速率的实测值与理论值吻合, 证明该样品在氢气气氛中几乎是一个纯的质子导体, 质子电导率在1000 ℃时高达0.14 S•cm^－1.     

(ZrO2)0.86(Sm2O3)0.14纳米粉体的水热法合成及其烧结体的电性能

以湿化学法制得Zr(OH)₄和Sm(OH)₃的共沉淀为前驱体, 在碱性介质中用水热法合成了(ZrO₂)_0.86(Sm₂O₃)_0.14及(ZrO₂)_0.88(Sm₂O₃)_0.12纳米粉体. 将纳米粉体在较低温度(1450 ℃)下烧结制得了致密的固体电解质陶瓷样品, 比通常高温固相反应法采用的烧结温度(＞1600 ℃)降低了150 ℃以上. XRD测定结果表明, (ZrO₂)_0.86(Sm₂O₃)_0.14纳米粉体及其烧结体均为立方相, 但(ZrO₂)_0.88(Sm₂O₃)_0.12纳米粉体为立方相, 它的烧结体为立方相和单斜相的混合相. 用交流阻抗谱法、氧浓差电池法及氧泵(氧的电化学透过)法研究了(ZrO₂)_0.86(Sm₂O₃)_0.14陶瓷样品在600～1000 ℃下的离子导电特性. 结果表明, 该陶瓷样品在600～1000 ℃下氧离子迁移数为1, 氧离子电导率的最大值为3.2×10^－2 S•cm^－1, 是一个优良的氧离子导体; 它的氧泵性能明显地优于YSZ.     

La2(Mo1-xVx)2O9-α的制备及其导电性

采用固相法合成了系列陶瓷样品La₂(Mo_1-xV_x)₂O_9-α (x=0.02, 0.04, 0.06, 0.08). 粉末X射线衍射(XRD)结果表明样品具有单一立方相La₂Mo₂O₉结构. 采用气体浓差电池、电化学阻抗等电化学方法研究了陶瓷样品在823-1123 K下的导电特性. 系列陶瓷样品已完全抑制La₂Mo₂O₉母体在853 K附近的相变; 各样品在干燥及湿润氧气气氛中几乎为纯氧离子导体, 质子导电性可忽略不计; 氧离子电导率σ随掺杂离子浓度的变化为σ(x=0.02)<σ(x=0.08)<σ(x=0.06)<σ(x=0.04), 这与晶胞自由体积大小的次序完全一致, x=0.04样品具有最高的氧离子电导率0.051 S·cm^-1; 氧分压与电导率的关系表明, 在高氧分压气氛中样品是纯的氧离子导体, 在低氧分压气氛中是氧离子与电子的混合导体.     

质子导体固体氧化物燃料电池的Ba2Co9O14阴极材料

Ba₂Co₉O₁₄（BCO）是一种新型的电子-氧离子混合导体,在氧离子导体的固体氧化物燃料电池（SOFC）中,其作为阴极材料的应用可能性已经得到证实,本工作探索BCO在质子导体SOFC中的应用可能性。采用固相反应法制备BCO粉体,研究BCO与质子导体电解质BZCY （BaZr_0.1Ce_0.7Y_0.2O_3-δ）之间的化学相容性,分析BCO-BZCY复合阴极在BZCY电解质上的电化学性能。当复合阴极中BCO的质量含量为70%时,阴极性能最佳,界面阻抗活化能为1.26 eV。以BCO-BZCY为阴极,Ni-BZCY为阳极,BZCY为电解质的阳极支撑型单电池,700℃时,单电池的极化阻抗为0.15 Ω·cm²,最大功率密度为400 mW·cm^-2。     

La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.2O3－α陶瓷的质子导电性能研究

采用溶胶-凝胶法合成了La_0.8Sr_0.2Ga_0.8Mg_0.2O_3－a陶瓷样品, 用XRD, DSC-TGA, SEM, 交流阻抗谱, 气体浓差电池及气体电化学透过等方法对样品的结构和性质进行了表征和测试. 首次对该样品的质子导电性能进行了研究. 该陶瓷样品具有良好的微观结构, 相对密度达95.1%; 氢浓差电池电动势的实测值与理论值吻合, 离子迁移数为1; 在干燥的氧气气氛中是一个纯的氧离子导体; 氢的电化学透过速率的实测值与理论值吻合, 证明该样品在氢气气氛中几乎是一个纯的质子导体, 质子电导率在1000 ℃时高达0.14 S•cm^－1.     

La2-xBixCuO4阴极材料的合成与电化学性质

采用甘氨酸-硝酸盐法合成了固体氧化物燃料电池阴极材料La_2-xBi_xCuO₄（x=0、0.05、0.10）,并利用X射线衍射（XRD）对材料的物相进行分析。结果表明,La_2-xBi_xCuO₄形成单一的类钙钛矿结构氧化物,且晶胞体积随着铋掺杂量的增加而增大。在950℃烧结24 h过程中,La_2-xBi_xCuO₄不与电解质Sm_0.2Ce_0.8O_1.9（SDC）发生反应,表明这种电解质材料具有良好的高温化学相容性。电导率测试结果表明Bi的掺入显著提高了材料电导率。程序升温脱附测试结果表明,铋的掺杂显著增强了材料的表面氧吸附能力。不同氧分压下的交流阻抗谱测试结果表明,La_1.9Bi_0.1CuO₄阴极在700℃空气中的极化电阻为0.26 Ω·cm²,以电解质SDC支撑的单电池NiO-SDC/SDC/La_1.90Bi_0.10O₄在700℃的最大输出功率密度为308 mW·cm^-2,电极反应的速控步骤为氧分子的扩散与表面吸附过程。     

质子导体BaCe0.8Lu0.2O3-α的电性能

采用高温固相法制备了BaCe_0.8Lu_0.2O_3-α质子导体。运用X射线衍射仪（XRD）、扫描电镜（SEM）对该材料的物相结构、微观形貌进行了表征。在500~900℃温度范围内,应用交流阻抗谱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性和氢-空气燃料电池性能。结果表明,BaCe_0.8Lu_0.2O_3-α材料为单一斜方晶结构,具有良好的致密性。在500~900℃温度范围内,干燥或湿润的氮气、空气和氧气中,材料的电导率随着氧分压增大稍有增大。在湿润的氢气中,材料表现为纯的质子导电性。在以该材料为固体电解质的氢-空气燃料电池条件下,材料表现为质子、氧离子和电子的混合导电性,其中离子导电性始终占主导;氢-空气燃料电池在900℃下的最大输出功率密度为92.2mW·cm^-2,高于我们以前报道的BaCe_0.8RE_0.2O_3-α（RE=Pr,Eu,Ho,Er,等）材料。     

质子导体BaCe0.4Zr0.4M0.2O3-δ (M=In，Y，Gd，Sm)化学稳定性及电性能

采用高温固相法制备了不同阳离子掺杂的BaCe_0.4Zr_0.4M_0.2O_3-δ (M=In,Y,Gd,Sm)系列质子导体。运用X射线衍射仪、扫描电子显微镜分别对四类质子导体的物相结构、微观形貌进行了表征,应用IM6e型电化学工作站测定了其不同温度下的阻抗谱,并对样品在CO₂和沸水中的稳定性进行了研究。结果表明：除Sm³⁺掺杂的质子导体有少量的杂质相Sm₂O₃外,其他3种均为单相立方晶钙钛矿结构;对CO₂和沸水皆表现良好的化学稳定性;Y³⁺掺杂的质子导体具有高的电导率,800 ℃约为2.07×10^-2 S·cm^-1,空气气氛电导活化能为72.34 kJ·mol^-1。     

非化学计量组成Ba1.03Ce0.5Zr0.4La0.1O3－α的化学稳定性和离子导电性

用高温固相反应法合成了非化学计量组成的Ba_1.03Ce_0.5Zr_0.4La_0.1O_{3－α质子导体. 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. 扫描电子显微镜(SEM)观察分析表明, 材料经1550 ℃烧结20 h非常致密. 在500～900 ℃温度范围内, 用交流阻抗谱技术测定了材料在湿润氢气和湿润空气气氛中的电导率; 用气体浓差电池方法测定了材料在湿润氢气、湿润空气气氛中和氢-空气燃料电池条件下的离子迁移数, 研究了材料的离子导电特性, 并与化学计量组成的BaCe0.5Zr0.4La0.1O3－α材料进行了比较. 结果表明, 在500～900 ℃温度范围内、湿润氢气气氛中, Ba1.03Ce0.5Zr0.4La0.1O3－α材料的质子迁移数为1, 是一个纯质子导体. 在湿润空气气氛中, 材料的氧离子迁移数为0.688～0.170, 质子迁移数为0.218～0.017, 是一个氧离子、质子和电子空穴的混合导体. 在氢-空气燃料电池条件下, 材料的离子(氧离子＋质子)迁移数为0.990～0.796, 是一个氧离子、质子和电子的混合导体. 与化学计量组成的BaCe0.5Zr0.4La0.1O3－α材料相比较, 在相同实验条件下非化学计量组成的Ba1.03Ce0.5Zr0.4La0.1O3－α材料具有较高的电导率和离子迁移数.}     

Cr掺杂对K2La2Ti3O10光催化活性的影响

通过溶胶-凝胶法制备了层状钙钛矿结构的K₂La₂Ti₃O₁₀及Cr掺杂的K₂La₂Ti₃O₁₀，采用X-射线衍射(XRD)、紫外可见漫反射光谱(DRS)、X射线光电子能谱(XPS)等对K₂La₂Ti₃O₁₀及Cr掺杂K₂La₂Ti₃O₁₀进行了表征。以I^-为电子给体、分别在紫外和可见光辐射下研究了K₂La₂Ti₃O₁₀及Cr掺杂K₂La₂Ti₃O₁₀光催化分解水的产氢活性。采用第一性原理，计算了Cr掺杂对K₂La₂Ti₃O₁₀半导体能带结构和态密度的影响，从电子结构的变化揭示了掺杂引起光催化活性差异的原因。结果表明，Cr的掺入能够改善和提高K₂La₂Ti₃O₁₀的光解水的产氢活性；Cr改善和提高K₂La₂Ti₃O₁₀的光解水的产氢活性存在一个最佳的掺杂浓度；当Cr与Ti的物质量的比为0.02∶1时，紫外光催化分解水产氢速率为1 500 μmol·L^-1·h^-1，可见光催化分解水产氢速率为83.6 μmol·L^-1·h^-1，分别为K₂La₂Ti₃O₁₀掺杂改性前产氢速率的26和5倍。     

Cu/SO42-/La2O3-ZrO2-Al2O3催化剂的制备及其对C3H6选择还原NO的催化性能

以Al₂O₃为基质，添加ZrO₂和La₂O₃，制成La₂O₃-ZrO₂-Al₂O₃复合载体，然后采用SO₄^2-进行改性，再负载上Cu²⁺，制备了铜基SO₄^2-改性的复合载体催化剂(Cu/SO₄^2-/La₂O₃-ZrO₂-Al₂O₃)。考察了它在富氧条件下对丙烯选择还原NO的催化性能，并借助XRD、SEM、TG、Py-IR、NH₃-TPD、FTIR和TPR等方法研究了Cu/SO₄^2-/La₂O₃-ZrO₂-Al₂O₃的结构和性能的关系。结果表明，ZrO₂的加入主要有利于提高催化剂的低温活性；La₂O₃的加入则主要有利于提高催化剂的热稳定性和还原性能；SO₄^2-能够与Zr形成螯合双配位结构，大幅度促使催化剂表面酸量增加并且酸性增强；因此，有效地提高了Cu/SO₄^2-/La₂O₃-ZrO₂-Al₂O₃在富氧条件下对丙烯选择还原NO的催化活性和水热稳定性。在无水条件下，Cu/SO₄^2-/La₂O₃-ZrO₂-Al₂O₃能使NO的最大转化率高达84.3%，即使在275 ℃ 10%水蒸气存在的情况下，仍能使NO的转化率高达81.2%。     

在CeO2-ZrO2中加入La2O3对改善单Pd三效催化剂性能的作用

浸渍法制备了CeO₂-ZrO₂-La₂O₃复合氧化物，用XRD、热分析（TG-DTA，DSC）、BET表面积、H₂-TPR等对合成样品进行表征，研究了La₂O₃的加入对CeO₂-ZrO₂和单钯Pd/CeO₂-ZrO₂/γ-Al₂O₃/蜂窝陶瓷催化剂性能和热稳定性的影响。结果表明，在CeO₂-ZrO₂-La₂O₃中，La的存在能促进CeO₂-ZrO₂固溶体的还原，提高贮氧能力；在Pd/CeO₂-ZrO₂/γ-Al₂O₃中加入La有利于提高催化剂的耐热稳定性，阻止γ-Al₂O₃在高温下的晶相转变，进一步稳定Al₂O₃的结构，保持其高的表面积。在贵金属Pd的负载量为1 g·L^-1的条件下，测定了Pd/CeO₂-ZrO₂-La₂O₃/γ-Al₂O₃/蜂窝陶瓷催化剂对CO、C₃H₈和NOx的三效催化净化活性。结果表明，在Pd/CeO₂-ZrO₂/Al₂O₃/蜂窝陶瓷催化剂中加入La₂O₃后，能明显地改善催化剂的低温活性和三效催化性能，经1 000 ℃老化10 h后，CO、C₃H₈和NO_x净化的起燃温度（T₅₀）分别为330 ℃、350 ℃和380 ℃。     

BaCe0.8-xNbxGd0.2O3-δ(0≤x≤0.45)的制备及性能研究

采用高温固相反应法制备了质子导体BaCe_0.8-xNb_xGd_0.2O_3-δ(0≤x≤0.45)。结合XRD、SEM、EIS等技术对其物相、微观形貌、稳定性及电导率进行了研究。结果表明,在1 600 ℃烧结5 h制备的质子导体BaCe_0.8-xNb_xGd_0.2O_3-δ(0≤x≤0.45)均能保持主相为斜方晶的钙钛矿结构。Nb的加入可明显提高烧结样品的致密性及在CO₂和水蒸气气氛下的稳定性。在湿润H₂/Ar(0.4%,V/V)气氛中800 ℃下,x=0.1样品的电导率为5.73 mS·cm^-1,电导活化能为0.35 eV,与x=0的样品相当。     

Ba0.95Ce0.8Ho0.2O3-α的离子导电性

用高温固相反应法制备了Ba_0.95Ce_0.8Ho_0.2O_3-α，X–射线衍射表明，该材料为单相钙钛矿型斜方晶结构。以该材料为固体电解质，多孔性铂为电极，用气体浓差电池方法和交流阻抗谱方法分别测定了材料在600 ~ 1000℃温度范围，潮湿氢气、干燥和潮湿的空气中的离子迁移数和电导率，研究了该材料的离子导电性，并与BaCe_0.8Ho_0.2O_3-α作了比较。结果表明，在600 ~ 700 ℃、潮湿氢气中，Ba_0.95Ce_0.8Ho_0.2O_3-α是纯的质子导体，质子迁移数为1；在800 ~ 1000 ℃，是质子和电子的混合导体，质子迁移数为0.97 ~ 0.93。而BaCe_0.8Ho_0.2O_3-α在潮湿氢气中几乎是纯的质子导体，在600 ~ 900 ℃，质子迁移数为1；在1000 ℃，质子迁移数为为0.99。在600 ~ 1000℃温度范围内、干燥的空气中，它们都是氧离子和电子空穴的混合导体，氧离子迁移数分别为0.24 ~ 0.33和0.17 ~ 0.30；在潮湿的空气中，它们都是质子、氧离子和电子空穴的混合导体，质子迁移数分别为0.11 ~ 0.00 和0.09 ~ 0.01，氧离子迁移数分别为0.41 ~ 0.33和0.27 ~ 0.30。在潮湿的氢气和空气中，在600 ~ 800 ℃温度范围内，Ba_0.95Ce_0.8Ho_0.2O_3-α的质子电导率高于BaCe_0.8Ho_0.2O_3-α，但在800 ~ 1000 ℃温度范围内，Ba_0.95Ce_0.8Ho_0.2O_3-α的质子电导率则低于BaCe_0.8Ho_0.2O_3-α。在600 ~ 1000 ℃温度范围内、潮湿和干燥的空气中，氧离子电导率总是高于BaCe_0.8Ho_0.2O_3-α。     

纳米CuFe2O4-rGO复合材料的制备及电化学性能

采用溶剂热法成功制备了纳米CuFe₂O₄-rGO复合材料。通过X射线衍射（XRD）,扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）和电化学工作站对样品的结构、形貌及电容特性进行表征。结果表明,CuFe₂O₄纳米粒子均匀地分散在石墨烯片层间,其中CuFe₂O₄-20% rGO复合材料具有最优的电化学性能,当电流密度1 A·g^-1时,其比电容为1 952.5 F·g^-1,当电流密度为1 A·g^-1时,CuFe₂O₄-20% rGO复合材料经1 000次充放电后的比电容保持率为86.17%。