层状钴氧化物Bi2-xAgxSr2Co2O8-δ的高温热电性能及XPS研究

采用固相反应法制备了组成为Bi2-xAgxSr2Co2O8-δ（x=0.0,0.4,0.8,略写为BAC-222）的层状钴氧化物陶瓷。利用X-射线光电子能谱考察该类化合物的电子结构,结果表明钴离子以Co^3＋和Co^4＋混合价态形式存在,nCo^4＋/nCo^3＋的比例随着Ag掺杂的量增加而增加。O1s光电子谱显示在所有样品中均存在点阵氧和吸附氧。热电性能测试结果显示,随着Ag掺杂量的增加,电导率显著增加而Seebeck系数几乎保持不变,Ag的引入极大的影响了BAC-222的电子输运性质,其功率因子在1123K时达到了1.23×10^-4W·m^-1·K^-2,是一种具有很好应用前景的热电材料。     

Gd1-xSrxCoO3-δ和Gd0.8Sr0.2Co1-yFeyO3-δ系阴极材料的制备和性能

采用甘氨酸-硝酸盐(GNP)法合成了新型中温固体氧化物燃料电池(IT.SOFC)的阴极材料Gd1-xSrxCoO3-δ(x=0-0.5)和Gd.0.8Sr0.2Co1-yFeyO3-δ(y=0-1),所合成的初始粉体在800℃下煅烧12 h后均形成了钙钛矿结构的单相固溶体.研究发现,Gd1-xSrxCoO3-δ(GSC)的电导率在600℃时达到了559 S·cm-1,由Ce0.8Cd0.2O2-δ(GDC)电解质和GSC-25GDC材料组成的对称电极在600℃和700℃的界面阻抗分别为0.170Ω·cm2和0.064Ω·cm2,活化能仅为87.8 kJ·mol-1,预示其可以作为ITSOFC较为理想的阴极备选材料;随着Fe3 离子含量的增加,Gd0.8Sr0.2Co1-yFeyO3-δ系列阴极材料的热膨胀系数显著降低,但其电导率也急速下降;此外,通过调整Gd0.8Sr0.2CoO3-δ与GDC的比例可以制备出热膨胀系数与GDC电解质匹配、性能良好的Cd0.8Sr0.2CoO3-δ/GDC复合阴极材料.     

Y1-xCaxBaCo2O5+δ的制备和性能表征

利用固相反应法合成了层状钙钛矿钴氧化物Y_1-xCa_xBaCo₂O_5+δ(x=0,0.1,0.15,0.2)材料,系统研究了材料的氧吸附性能和电输运性质。XRD结果表明Ca²⁺掺杂的样品具有母相YBaCo₂O_5+δ层状钙钛矿结构,随着Ca²⁺掺杂量的增加,样品的晶格参数增大。TG结果显示：从室温到1 273 K,所有样品经历了两次吸氧和脱氧的过程,Ca²⁺掺杂增强了样品的氧脱附性能。在中低温下,约650 K附近,吸氧量达到最大,同时,样品发生了半导体金属转变。Ca²⁺掺杂量的增加,半导体金属转变温度增大,电导率下降。半导体金属转变与氧变化量δ有关而电导率下降与Ca²⁺掺杂引起Co³⁺离子的增加有关。     

新型固体氧化物燃料电池阴极材料Ca2-xSrxFe2O5的电化学性能研究

采用固相法合成了固体氧化物燃料电池(SOFC)阴极材料2-xSrxFe2O5(x=0.00,0.05,0.10,0.15,0.20),利用XRD和SEM对其结构和微观形貌进行了表征.结果表明该阴极材料与固体电解质Sm0.8Ce0.2O1.9(SDC)在1000℃烧结时不发生化学反应,且烧结4 h后,二者之间可形成良好的接触界面.利用交流阻抗谱技术对阴极材料的电化学性能进行研究,结果显示,阴极上的反应过程主要为电荷的迁移反应,其中Ca1.95Sr0.05Fe2O5电极在空气中700℃下具有最小的极化电阻为0.95Ω·cm2.当测试温度为700℃时,阴极电流密度为74mA·cm-2时,阴极过电位为100mV.     

CexPr1-xO2-δ复合氧化物的XRD和Raman表征

A series of Ce_xPr_1-xO_2-δ mixed oxides were synthesized by sol-gel method and characterized by Raman and XRD techniques. When x value was changed from 1.0 to 0.5, only a cubic phase CeO₂ was observed. The samples were very well crystallized on decreasing x from 0.50 to 0.99. For Ce_xPr_1-xO_2-δ samples 465 cm^-1 and 1 150 cm^-1 Raman peaks are attributed to the Raman active F_2g mode of CeO₂. The broad peak at about 570 cm^-1 in the region of 0.3 ≤x≤ 0.99 can be linked to lattice defects resulting in oxygen vacancies. The new band at about 195 cm^-1 may be attributed to the asymmetric vibration caused by the formation of oxygen vacancies. Calcination temperatures had great effect on the peak intensity for CeO₂ but less effect on Ce_0.8Pr_0.2O_2-δ in Raman spectra. It might be due to the transformation of the colors for the mixed oxides, the insertion of Pr atom into the ceria lattice could enhance the sintering resistance and thermal stability of the mixed oxides.     

中温固体氧化物燃料电池阴极材料Nd2-xSrxCuO4的制备与性能研究

采用固相法合成了类钙钛矿结构的中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFC)阴极材料Nd2-xSrxCuO4(简称NSC,x=0.0～0.1).通过XRD和SEM对材料进行了表征.结果表明该阴极材料与电解质Ce0.9Gd0.1O1.9(CGO)在1 000℃烧结4 h后不发生化学反应,具有良好的化学相容性;且烧结后二者之间能形成良好的接触界面.利用交流阻抗谱研究了电极的性能.发现随着Sr掺杂量的增加,极化电阻逐渐减小,其中Nd1.93Sr0.07CuO4在空气中的极化电阻最小,750℃时仅为0.14 Ω·cm2.700℃时,电极反应的速率控制步骤为电极上发生的电荷转移过程.     

锂离子电池正极材料LiNi1-xCoxO2的合成及电化学性能研究

LiNi_1-xCo_xO₂ cathode materials for lithium ion batteries were synthesized by the co-precipitation and solid-state reaction methods with LiOH·H₂O, Ni(NO₃)₂·6H₂O and Co(NO₃)₂·6H₂O as raw materials. The materials were characterized by XRD, SEM and electrochemical tests. The results showed that synthesized cathode materials were with layered structure similar to α-NaFeO₂ and uniform morphology and nearly normal grain size distribution and better electrochemical performance when x was 0.18. The first charge and discharge capacity of the cathode material was 224.3 mAh·g^-1 and 194.2 mAh·g^-1, respectively. 88.5% of the first discharge capacity remained at the 20th cycle.     

Al掺杂对正极材料LiNi0.33-xMn0.33Co0.33AlxO2结构和电化学性能的影响

以柠檬酸为螯合剂利用快速湿化学法合成了具有α-NaFeO₂型层状结构的LiNi_0.33-xMn_0.33Co_0.33Al_xO₂(x=0.00,0.01,0.02, 0.04)正极材料,并通过X-射线衍射、充放电测试、循环伏安和交流阻抗对材料的结构和电化学性能进行了系统研究。XRD结果表明此方法合成的材料具有很好的层状结构且阳离子的混排度随着Al³⁺含量的增加而下降。电化学测试表明,LiNi_0.31Mn_0.33Co_0.33Al_0.02O₂具有很好的电化学性能和和循环性能,1C放电倍率下首次放电比容量达到176.9 mAh·g^-1,且Al³⁺的掺杂能有效提高电荷在电极界面间转移并抑制了在高压循环过程中电荷转移阻抗的增加。     

钙掺杂对La2-xCaxCe2O7-δ性能影响研究

利用高温固相反应法制备了高温质子导体La2-xCaxCe2O7-δ(0≤x≤0.2)。分别利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对试样的相组成、微观形貌进行了表征。并对试样在水蒸气和CO2气氛中的化学稳定性进行了测试。研究了不同掺杂量和不同测试气氛对La2-xCaxCe2O7-δ电性能的影响。实验结果表明:1 500℃烧结的试样均形成萤石型结构;试样在CO2和水蒸气气氛中表现出良好的化学稳定性。试样在湿润氢气气氛下的电导率明显高于干燥空气气氛,x=0.1的试样在湿润氢气气氛中具有最高的电导率,850℃时达到3.16×10-2S.cm-1,电导活化能为84.93 kJ.mol-1。     

Mn1-x(Li,Ti)xCo2O4尖晶石型复合氧化物的制备、表征与催化性能

用柠檬酸配位燃烧法合成了Mn_1-x(Li,Ti)_xCo₂O₄系列尖晶石型复合氧化物催化剂，使用FTIR和XRD方法对催化剂结构进行表征，通过程序升温氧化反应(TPO)技术对这些催化剂在模拟柴油机尾气条件下进行同时消除NO_x和柴油碳黑反应的活性评价。结果表明，掺杂Li或Ti后的Mn_1-x(Li,Ti)_xCo₂O₄系列催化剂仍然保持了完整的尖晶石型复合氧化物结构，这些催化剂对同时消除柴油机尾气中的碳黑颗粒和NO_x具有良好的催化性能，其中Li或Ti的掺杂量为x=0.05较佳，结合碳黑燃烧与NO_x还原总的催化效果，Mn_0.95Li_0.05Co₂O₄具有最好的催化活性。     

Pr0.6-xNdxSr0.4FeO3-δ电极材料的光谱及性能研究

以柠檬酸-硝酸盐自蔓延燃烧法合成了ABO₃型钙钛矿结构的Pr_0.6-xNd_xSr_0.4FeO_3-δ(x=0.0～0.6)系列稀土复合氧化物粉体。利用傅立叶变换红外光谱(FTIR)和激光共焦拉曼光谱(LRS)对产物的晶体结构进行了表征。分别采用热膨胀仪测定烧结陶瓷体的热膨胀系数(TEC)；TG-DTA记录材料的热稳定性；XRD研究阴极材料与中温电解质Sm_0.2Ce_0.8O_1.9(SDC)及La_0.8Sr_0.2Ga_0.8Mg_0.2O_3-δ(LSGM)的化学相容性；SEM观察阴极/电解质复合材料的断口形貌。结果表明，该系列样品在高、低温热循环过程中化学稳定、晶型稳定；在室温至1 100 ℃范围内的平均热膨胀系数为1.16 × 10^-5 K^-1，与SDC及LSGM的热膨胀系数十分接近。阴极/电解质混合粉体1 200 ℃煅烧10 h，XRD未检测到新物质；SEM显示复合层断面界面清晰，没有相互扩散现象。该体系有望成为以SDC或LSGM为电解质的中温固体氧化物燃料电池合适的阴极材料。     

固体氧化物燃料电池La0.7Sr0.3Cr1-xMnxO3-δ阳极性能研究

采用溶胶凝胶法制备了La0.7Sr0.3Cr1-xMnxO3-δ(x=0.3,0.4,0.5,0.6)系列阳极粉体。在1000℃下焙烧后,XRD结果显示粉体物相为单一的钙钛矿相。制备以La0.7Sr0.3Cr1-xMnxO3-δ为阳极,Ce0.8Sm0.2O1.9(SDC)为电解质,Pr0.6Sr0.4Co0.8Fe0.2O3-δ-SDC复合阴极的电解质支撑型固体氧化物燃料单电池。由扫描电子显微镜(SEM)观察表明单电池电解质致密,阳极孔径分布均匀,厚度约为20μm,多孔阴极厚度为10μm。采用直流四电极法测试以La0.7Sr0.3Cr0.5Mn0.5O3-δ为阳极用湿氢气作燃料时在800℃下获得最大输出功率为232.84 mW.cm-2,短路电流为0.92 A.cm-2。     

SrTi1-xMgxO3-δ钙钛矿型氧化物催化剂甲烷氧化偶联反应性能的研究

The structure and catalytic properties of SrTi_1-xMg_xO_3-δ perovskite-type catalysts for oxidative coupling of methane (OCM) have been studied by using X-ray diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and Temperature-programmed desorption (O₂-TPD) methods. It has been shown that doping Mg²⁺ cations to the B site of SrTi_1-xMg_xO_3-δ perovskite-type catalysts results in the formation of oxygen vacancies in the lattices of oxide cata-lysts. With increasing the amount of Mg²⁺ doped in the B site of SrTi_1-xMg_xO_3-δ, methane conversion and C₂ selectivity first increase and then decrease remarkably. The SrTi_1-xMg_xO_3-δ catalyst with x=0.1 has the highest methane conversion and C₂ yield. It is suggested that the oxygen vacancies produced by Mg²⁺ cations doping are the sites responsible for oxygen activation, and the adsorbed oxygen species on the surface of SrTi_1-xMg_xO_3-δ catalysts are the main active species for OCM reaction. However, the over high content of the adsorbed oxygen species on the surface results in the complete oxidation of methane. Introducing water steam into feedstock can improve the catalytic properties of SrTi_1-xMg_xO_3-δ perovskite-type catalysts for OCM reaction at lower temperature. The SrTi_0.9Mg_0.1O_3-δ catalyst has the methane conversion of 28.0 % with C₂ hydrocarbons selectivity of 36.8 % under reaction temperature of 550 ℃.     

ZrO2包覆的层状富锂正极材料0.6Li[Li1/3Mn2/3]O2·0.4LiNi5/12Mn5/12Co1/6O2的电化学性能

采用喷雾干燥法合成了富锂层状氧化物正极材料0.6Li[Li_1/3Mn_2/3]O₂·0.4LiNi_5/12Mn_5/12Co_1/6O₂(简称LNMCO),并使用Zr (CH₃COO)₄进行ZrO₂的包覆改性。TEM测试结果显示纳米级的ZrO₂颗粒附着在LNMCO的表面。包覆质量分数为1.5%的ZrO₂包覆样品的首圈库伦效率和放电比容量有着显著提升,在室温下其首圈库伦效率和放电比容量(电流密度：20 mA·g^-1,电压：2.0~4.8 V)分别为87.2%,279.3 mAh·g^-1,而原样则为75.1%,224.1 mAh·g^-1,循环100圈之后,1.5% ZrO₂包覆样品的放电比容量为248.3 mAh·g^-1,容量保持率为88.9%,高于原样的195.9 mAh·g^-1和87.4%。     

纳米Ce1-xLaxO2-δ的微波引诱燃烧合成及其性能表征

Nanometer Ce_1-xLa_xO_2-δ solid solutions were synthesized by microwave-induced combustion process us-ing cerium nitrate hexahydrate， lanthanum nitrate hexahydrate and urea as raw materials. The process took only six minutes to obtain La₂O₃-doped CeO₂ nanopowders. The nanopowders were characterized by XRD， Laser Raman spectrum ， UV-Vis spectroscopy，field-emission scanning electron micrograph(FE-SEM)and TEM. The results revealed that the grain size of Ce_1-xLa_xO_2-δ varied from 20 to 40 nm calculated by Scherer formula through the plane of (111)， that oxygen vacancy was produced in the crystal lattices and the concentration of oxygen vacancy was increased with La doping， therefore the covalence of Ce-O bond was strenthened， which results in more intensive UV-C(200～280 nm)absorption. It can be seen from SEM that the porous appearance was obtained. Grain size is no more than 40nm observed from TEM.     

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。     

添加La的Bi2Te3和Bi0.5Sb1.5Te3热电材料的电磁感应熔炼法制备及其热电性能

在N2气保护下,采用电磁感应法制备了添加La的Bi2Te3和Bi0.5Sb1.5Te3。运用X射线粉末衍射、电感耦合等离子光谱和扫描电子显微镜对材料的物相成分和形貌进行了表征。研究了La对Bi2Te3和Bi0.5Sb1.5Te3热电材料的电导率(σ)、Seebeck系数(S)和热导率(κ)的影响。实验结果表明,添加La明显降低了2种材料的热导率,提高了热电优值(ZT),添加La的Bi0.5Sb1.5Te3的热电优值在室温超过了1。     

Ce1-XMnXO2-a复合氧化物催化剂甲烷催化燃烧性能的研究

采用水热法合成了系列Ce_1-XMn_XO_2-a-T(X=0.0，0.1，0.2，0.3，0.5，0.7，0.9，1.0；T表示焙烧温度)，T=500，650，800 ℃)复合氧化物催化剂用于甲烷的催化燃烧。通过XRD、N₂吸/脱附、TG-DSC、UV-Vis-DRS和TPR表征手段研究了不同组成催化剂的物理化学性质及其对甲烷催化燃烧活性。结果表明，在500 ℃焙烧的情况下Mn进入CeO₂晶格形成均相固溶体催化剂的最大取代值为0.7，而当Mn继续增加时则出现Mn₂O₃晶相偏析，同时各催化剂具有较高的比表面积；随着焙烧温度的升高，进入CeO₂晶格的Mn最大取代值逐渐减少，650和800 ℃时分别为0.5和0.3，且比表面积相应降低。Ce_1-XMn_XO_2-a-800催化剂的还原行为大致呈现三阶段，即为Mn₂O₃ → Mn₃O₄的还原(340～420 ℃)，Mn₃O₄ → MnO的还原(420～480 ℃)和体相氧化铈的还原(700～900 ℃)，且Mn的引入整体上提高了催化剂的可还原能力。甲烷催化燃烧活性评价结果表明，比表面积并非影响催化剂活性的主要因素，影响催化剂甲烷催化活性的主要因素为催化剂的组成、可还原能力和焙烧温度；而其中以Ce_0.3Mn_0.7O_2-a-800催化剂表现出较高的甲烷催化燃烧活性，在甲烷转化率为10%和90%时的温度分别为430 和613 ℃。进一步考察Ce_0.3Mn_0.7O_2-a在不同温度(500、650、800和1 000 ℃)焙烧后的催化活性表明，随着焙烧温度的提高催化剂催化活性降低。     

中温固体氧化物燃料电池(ITSOFC)阴极材料La2-xSrxNiO4的制备及性能研究

采用甘氨酸-硝酸盐(GNP)法合成了中温固体氧化物燃料电池阴极材料La_2-xSr_xNiO₄(简称LSN，x=0.0、0.2、0.4、0.6、0.8)，利用XRD和SEM对其结构和微观形貌进行了表征。结果表明该阴极材料与电解质Ce_0.9Gd_0.1O_1.9(CGO)在1 100 ℃烧结时不发生反应，且烧结2 h后，二者之间可形成良好的接触界面。交流阻抗谱技术对该电极的电化学性能的研究结果表明，电极反应的速率控制步骤为电极上发生的电荷迁移反应，其中La_1.6Sr_0.4NiO₄电极在空气中700 ℃下的极化电阻为2.93 Ω·cm²。     

Zr1-xMxWMoO8-x/2和Zr1-xMxW2O8-x/2固溶体的晶胞参数与晶格畸变的关系

合成了Zr1-xMxWMoO8-x/2(M=Er,Tm,Yb,Sc,In,Ga,Al)和Zr1-xMxW2O8-x/2(M=Eu,Er,Yb,Sc,In,Ga,Al)2个系列的固溶体,前者具有β-ZrW2O8结构类型(简称β相);后者具有α-ZrW2O8结构类型(简称α相)。建立了相和相的晶胞参数与M3+离子浓度的Vegard方程,测定了上述固溶体的固溶度。讨论了M3+离子的化学性质与Vegard斜率SV的关系。分析了α相的SαA与β相的SβA的关系;揭示了α-Zr1-xMxW2O8-x/2晶格中2[WO4]四面体对的取向有序程度对晶格畸变的贡献。提出上述固溶体的晶胞参数随溶质浓度增加而减小,主要是由于氧空位缺陷相互作用的结果。