钙钛矿型氧化物Ln0.5Sr0.5CoO3的制备与电输运性能

采用固相反应法合成钙钛矿氧化物材料Ln0.5Sr0.5CoO3（h=La，Pr，Nd，Sm，Eu）的超细粉体，研究了不同稀土元素掺杂时的晶体结构和电输运性能，分析了该钙钛矿体系结构的形成过程。实验表明，当烧结温度达到1200℃时，通过固相反应法可以形成稳定的单一的钙钛矿相。样品电导率在700℃附近出现最大值，低温段的导电行为符合小极化子导电机制，La0.5Sr0.5CoO3材料的电导率在中温范围内最大，适合作为中温固体燃料电池的阴极材料。     

不同含钴阴极在YSZ薄膜电解质固体氧化物燃料电池中的性能

固体氧化物燃料电池阴极材料的阻抗对固体氧化物燃料电池的性能有较大影响.我们通过XRD、对称电池以及单电池性能测试等方法比较系统地研究了4种最为常用的含钴阴极材料直接用于钇稳定化氧化锆（YSZ）电解质薄膜与通过引入SDC夹层后用于YSZ电解质薄膜后的性能.我们发现,不同的含钴阴极材料与YSZ材料之间都不同程度地发生相反应,在应用于YSZ电解质薄膜上时,相反应大大降低了含钴阴极材料的性能,在使用了SDC夹层后,单电池的功率输出显著提高.     

La0.5>RE0.3Sr0.2FeO3－δ (RE = Nd、Ce、Sm)体系双稀土阴极材料的制备与电性能

采用甘氨酸-硝酸盐法(GNP)合成了La0.5RE0.3Sr0.2FeO3－δ(RE=Nd、Ce、Sm)系列复合氧化物粉体. 用X射线衍射(XRD)和TG-DSC分析了样品钙钛矿物相的形成过程, 用Archimedes排水法测量体积密度并计算烧结样品的相对密度, 用四端子技术测量电导率. 结果显示, 掺Nd的样品1200 ℃烧结2 h成为单一立方钙钛矿结构, 掺Ce样品有明显的CeO2立方相析出, 掺Sm样品主相为钙钛矿结构伴有微弱的杂峰. 1250 ℃烧结2 h的La0.5Nd0.3Sr0.2FeO3－δ在600 ℃时电导率高达100 S•cm-1以上, 明显高于La0.5Ce0.3Sr0.2FeO3－δ及La0.5Sm0.3Sr0.2FeO3－δ样品的电导率, 预示着La0.5Nd0.3Sr0.2FeO3－δ可能是一种良好的中温固体氧化物燃料电池(SOFC)阴极材料.     

中温固体氧化物燃料电池Pr1.2Sr0.8NiO4阴极材料的制备、结构和性能

以相应的氧化物粉末和盐为原料,通过甘氨酸-硝酸盐法合成出了中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFC)Pr1.2Sr0.8NiO4(PSNO)阴极原料粉体,并制备出了烧结体试样.采用X射线衍射(XRD)分析对所合成粉体的相组成进行了分析,分别采用热膨胀仪和四端子法对PSNO烧结体试样的热膨胀系数和电导率进行了测定,同时对该阴极材料与Sm0.2Ce0.8O1.9(sco)电解质材料的电化学阻抗谱(EIS)进行了测试分析以SCO作电解质,分别以NiO/SCO和PSNO作阳极和阴极材料,制备出固体氧化物燃料单电池,并对其性能进行测试.实验结果表明,通过甘氨酸-硝酸盐法,在1050℃以上煅烧前驱体,可以获得具有K2NiF4结构的PSNO粉体.所制备的PSNO烧结体试样在200-800℃间的热膨胀系数约为12×10-6 K-1,在450℃下的电导率约为155 S· cm-1,在400-800℃,平均电导活化能为0.034 eV.电化学阻抗谱分析结果表明,在700 ℃下PSNO阴极和SCO电解质间的比表面阻抗(ASR)为0.37Ω·cm2,而Ni-SCO/SCO/PSNO单电池的比表面阻抗为0.61Ω·cm2;所制备的SOFC单电池在800℃下的输出功率为288 mW· cm-2,开路电压为0.75 V.本研究的初步结果表明PSNO 材料是一种综合性能较为优良的新型巾温固体氧化物燃料电池阴极材料.     

稀土电解质Ce0.9M0.1O2-δ(M=Pr,Nd,Sm,Gd,Dy)的制备与性能

用溶胶-凝胶法制备中温电解质材料Ce0．9M0.1O2-δ,(M=Pr，Nd，Sm，Gd，Dy)系列样品。X射线衍射分析表明，样品为单相立方萤石结构，晶胞体积随着M原子序数的增加而减小。高温阻抗测量表明样品Ce0．9M0.1O2-δ电导率最高。Ce0．9M0.1O2-δ系列样品随着M原子序数的增加热膨胀系数减小。     

中温固体氧化物燃料电池复合阴极Pr0.6-zSr0.4Co0.8Fe0.2O3-δ-SDC性能研究

采用改进的溶胶-凝胶法合成固体氧化物燃料电池阴极系粉体Pr0.6-zSr0.4Co0.8Fe0.2O3-δ(PSCF)(z=0,0.02,0.05,0.1)。使用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对其相结构与形貌进行了分析,结果表明:900℃以上焙烧后的阴极粉体Pr0.6-zSr0.4Co0.8Fe0.2O3-δ(z=0,0.02,0.05,0.1)为单一的钙钛矿结构。1000℃烧结的样品内粒子分布比较均匀,且颗粒内部存在一定程度的空隙,并与电解质附着情况良好。用直流四电极法测试阴极体系样品在400～750℃的电导率,发现各试样混合离子电子电导率均高于786 S.cm-1,能够满足固体氧化物燃料电池对阴极电导率的要求。用交流阻抗法测定PSCF-Ce0.8Sm0.2O1.9体系样品的阻抗谱,得到1000℃烧结的阴极体系对称电池在测试温度为750℃z=0,z=0.02,z=0.05时的极化电阻分别为0.041,0.040,0.034Ω.cm-2。     

希土元素与苯甲酰三氟丙酮的螯合物

用三种方法制备了两类希土和苯甲酰三氟丙酮的固体螯合物Ln(BTA)_4·Hpip(Ln=La,Pr,Nd,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Er及Y)和Ln(BTA)_3·2H_2O(Ln=Nd,Eu及Tb).测定了Nd(BTA)_4·Hpip的分子量和Ln(BTA)_4·Hpip的熔点.研究了Nd(BTA)_4·Hpip,Sm(BTA)_4·Hpip和Nd(BTA)_3·2H_2O的热稳定性,并与相应的苯酰丙酮螯合物进行了比较.     

镧系元素-锑-硫三元体系的研究(Ⅳ)——CeSbOS2的合成及晶胞参数的测定

作为无机新材料的开发,近年来,我们系统地研究了Ln-Sb-S三元体系,先后合成了Ln₈Sb₈S₂₁(Ln=La,Ce)、Ln₃Sb₃S₁₀(Ln=La,Ce)、Ln_3-xSb_xS₄(Ln=La,Ce,Sm)、Ln_1-xSb_xS₂(Ln=Nd)和Ln₃SbS₆(Ln=Pr,Nd)等十余种新化合物的单晶。同时也注意到法国M.Pardo等人在报导LnOBiS₂(Ln=La,Ce,Pr)型化合物时,曾提及LnOSbS₂型化合物的存在,并给出了NdOSbS₂的部分数据。     

Pr1-xSrCo0.5Ni0.5O4+δ阴极材料的合成及电化学性质

采用固相法合成中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFC)阴极材料Pr_(1-x)SrCo_(0.5)Ni_(0.5)O_(4+δ)(P_(1-x)SCN,x=0.00,0.05,0.10,0.15,0.20),并对材料的物相、热膨胀系数(TEC)、电导率、电极的微观形貌以及电化学性质进行表征。XRD结果表明,该材料形成单一的K_2NiF_4结构,空间群为I4/mmm,并与电解质材料Ce_(0.9)Gd_(0.1)O_(1.95)(CGO)具有良好的高温化学相容性。碘量法分析表明随着Pr离子缺位浓度增加,P_(1-x)SCN中Co/Ni离子平均化合价随着x的增加而升高,至x=0.10后逐渐降低,而氧空位含量逐渐升高。引入Pr离子缺位使材料的电导率明显提高,其中P_(0.90)SCN在700℃空气中电导率值为309 S·cm~(-1)。TEC测试结果显示,随着Pr缺位的增加,热膨胀系数逐渐增大,最大值为1.51×10~(-5)K~(-1)。交流阻抗谱(EIS)测试结果表明,Pr缺位明显降低了电极的极化阻抗值,P_(0.90)SCN阴极在700℃空气中的极化阻抗值为0.21Ω·cm~2。电解质支撑NiO-CGO/CGO/P_(0.90)SCN单电池在700℃最大输出功率密度为197.8 mW·cm~(-2)。     

稀土复合氧化物Ln_2CuO_4催化苯酚羟化反应的研究

合成了K_2NiF_4结构的Ln_2CuO_4(Ln=La,Pr,Nd,Sm,Gd)类钙钛石型复合氧化物催化剂.研究了这些稀土取代的类钙钛石型复合氧化物的固态物理,化学性质.探讨了此类复合氧化物在苯酚羟化反应中的催化作用.考查了催化剂结构和组成与其苯酚羟化活性的关系,结果表明,在K_2NiF_4型复合氧化物中,A位稀土取代效应对复合氧化物的苯酚羟化催化活性有很大影响.     

共压直接成型法制备单腔体固体氧化物燃料电池

采用共压直接成型法制备单腔体固体氧化物燃料电池(SC-SOFC),单电池结构为Ni-YSZ/YSZ/LSM,YSZ为8%(x)Y2O3稳定的ZrO2,LSM为锰酸镧锶(La0.7Sr0.3MnO3).应用扫描电子显微镜(SEM)研究了电池微观结构,结果表明:阴极和电解质之间结合紧密,LSM在阴极YSZ三维骨架上负载性能良好;YSZ电解质薄膜厚约50μm,阳极厚约600μm,阴极层厚约100μm.研究了单电池反应温度T,阴极催化剂负载层数n,甲烷和氧气混合体积比Rmix对电池输出性能的影响规律.在T=800℃、n=2、Rmix=2时,电池性能达到最佳,开路电压为0.95V,最大电流密度为130mA·cm-2,最大功率密度为30mW·cm-2.     

复合阴极材料La1-xSrxCuO3-δ-SDC的制备及电学性能

合成具有单相正交钙钛矿结构的La1-xSrxCuO3-δ(x=0.15, 0.2, 0.3, 0.4)系列样品, 碘量滴定法实验结果表明, 随着Sr掺入量的增加, Cu3+离子的含量逐渐增加. 电学性能研究结果表明, La0.7Sr0.3CuO3-δ电导率最高, 与La0.6Sr0.4CoO3-δ相比, La0.7Sr0.3CuO3-δ具有更好的电化学性能, 可作为一种新的中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFC)阴极材料. 将La0.7Sr0.3CuO3-δ与不同质量比的中温电解质Ce0.85Sm0.15O2-δ(SDC) 固相混合, 制备复合阴极材料, 电化学性能测试结果表明, 掺入适量的SDC有利于降低La0.7Sr0.3CuO3-δ电极的极化, 获得性能更优越的IT-SOFC阴极材料, 提高在中温区单电池的输出功率.     

固体电解质燃料电池阴极La0.7Sr0.3CoO3的制备和特性

合成了多功能稀土氧化物陶瓷材料La_(0.7)Sr_(0.3)CoO_3。通过X射线衍射、TG-DTA、高温电导率及电池V-I曲线的测量,对其作为ZrO_2-Y_2O_3电解质燃料电池阴极的可行性进行了研究。结果表明,在950℃以下,La_(0.7)Sr_(0.3)CoO_3是一种很有前途的ZrO_2-Y_2O_3固体电解质燃料电池阴极材料。     

3—磺基—4—羟基香豆素希土化合物的合成及性质

在不同条件下制得三种类型的希土与3-磺基-4-羟基香豆素(H_2SHC)化合物,元素分析确定了它们的组成分别为Ln(HSHC)_3·9H_2(Ln=La,Pr,Nd,Gd,Dy,Er,Yb,Y),Ln_2(SHC)_3.nH_2O(Ln:La,Pr,Nd,Sm,Gd,N:4或6)和Na,Ln(3HC),·H:O(Ln:Er,Yb).并通过它们的摩尔电导戌\重,溶解度,红外光谱和电子吸收光谱对各种化合物进行了结构和性质的研究。     

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 .     

锰酸镧双层复合电极的制备和性能的研究

固体氧化物燃料电池（ Solid Oxide Fuel Cell, SOFC）是一种很有希望的新型能源转换系统 .它具有能量转换效率高、可利用燃料范围广、低排放等普通热机所无法比拟的优点,已倍受人们的关注 .　　锶掺杂的锰酸镧（ La1－ xSrxMnO3, LSM）由于具有高的电子导电性和对氧还原的良好的电催化活性,以及它和钇稳定的氧化锆（ YSZ）都有良好的热稳定性和化学稳定性,因此是目前广泛使用的阴极材料 .以 YSZ为固体电解质的固体氧化物燃料电池的一个主要缺点是操作温度太高（约为 1273 K）,如果把电池的操作温度降低到 873－ 1073 K,则…     

轻希土硫氰酸盐与2,3,11,12,-四苯基-1,4,7,10,13,16-六氧-2,11-十八环二烯配合物的合成及XPS研究

合成了六种轻希土硫氰酸盐与标题不饱和冠醚的新固体配合物,进行了元素分析,摩尔电导率、DTA、UV、IR和XPS等表征。对Ln(NCS)_3·L和Ln(NCS)_3的XPS研究中,得到它们组成原子芯能级电子(Ln3d_(5/2),Ols,Nls,S2p)的结合能信息;观察到除Y3d_(5/2)外Ln3d_(5/2)(Ln=La、Ce、Pr、Nd、和Sm)的伴峰结构,Ln3d_(5/2)结合能与原子序数呈线性关系,并推断类似化合物Pm3d_(5/2)结合能在1035eV附近.     

新型氧离子导体La_2Mo_2O_9

La2Mo2O9是一种具有高离子导电性的新型氧离子导体,其氧离子电导率在1073K时高达0.06S/cm,与YSZ在1273K时的电导率相当。这种高的离子导电性使它在中温固体氧化物燃料电池、氧传感器、透氧膜、固态离子器件等领域有着重要的潜在应用前景。本文从La2Mo2O9的结构、性质、氧离子扩散机理及其掺杂改性4个方面综述了近年来La2Mo2O9基固体电解质的研究热点和新进展,为该固体电解质材料的研究提供了有价值的信息。     

固体氧化物燃料电池用（La，Sr）（Co，Fe）O3-δ阴极的制备及其电化学催化性能

采用溶液注入法和丝网印刷法制备了(La,Sr)(Co,Fe)O3-δ (LSCF)/YSZ与LSCF/GDC复合电极,并通过扫描电镜和电化学阻抗谱研究了不同结构电极的微观形貌和电化学催化性能. 结果表明, LSCF阴极与YSZ电解质在低于800 ℃下制备时,没有新相产生; 在中温固体氧化物燃料电池的工作条件(700～750 ℃)下,溶液注入法制备的LSCF阴极与YSZ电解质有较好的化学相容性和较高的电化学催化活性,而丝网印刷法制备的LSCF阴极则表现出稳定的电化学催化性能.     

Ln(ClO~4)~3-PCBAAP-H~2O系统在30℃时的溶解度研究

测定了两个三元系统Ln(ClO~4)~3-PCBAAP-H~2O(Ln=La,Yb;PCBAAP：4-(对氯苯酰基)氨基安替比林,C~1~8H~1~6O~2N~3Cl)在30℃时的溶解度,发现两系统各有一个组成为Ln(PCBAAP)~4(ClO~4)~3·nH~2O(Ln=La,n=6;Ln=Yb,n=2)的不一致溶解化合物生成。参考系统的溶解度研究结果,合成了系列化合物Ln(PCBAAP)~4(ClO~4)~3·nH~2O(Ln=La,n=6;Ln=Pr,Nd,Sm,Gd,Yb,n=2),通过化学分析及元素分析,IR光谱,TG-DTG,XRD和密度测定对其进行了表征。