La0.9Sr0.1Al0.9Mg0.1O3-δ-Ca3(PO4)2-K3PO4复合电解质的合成及在常压天然气合成氨中的应用

La_0.9Sr_0.1Al_0.9Mg_0.1O_0.9(LSAM) was synthesized by the sol-gel method, an oxide-salt composite electrolyte LSAM-Ca₃(PO₄)₂-K₃PO₄ was prepared by mixing the LSAM and phosphates. The mixture was ground and sintered at 1 400 ℃. Using the LSAM electrolyte and its oxide-salt composite as solid electrolytes and silver-palladium alloy as electrodes, electrical conductivity was measured at different conditions. Ammonia was synthesized from wet natural gas and nitrogen at atmospheric pressure in the solid state proton conducting cell reactor and the optimal conditions for ammonia production were determined. The oxide-salt composite exhibited much higher ionic conductivity and ammonia production rate than that of the LSAM electrolyte at 400～800 ℃, the rate of evolution of ammonia was up to 5.30 × 10^-9 mol·cm^-2·s^-1.     

SrCe0.9Yb0.1O3-α陶瓷的导电性

以高温固相反应法合成了质子导电性氧化物陶瓷SrCe0.9Yb0.1O3-α.粉末XRD结果表明,该陶瓷样品为单一斜方相钙钛矿型结构.以陶瓷样品为固体电解质、多孔性铂为电极,采用交流阻抗谱技术和气体浓差电池方法分别测定了样品在600～1000 ℃下、干燥空气及湿润氢气中的电导率及离子迁移数,研究了样品的离子导电特性.结果表明,在600～1000 ℃下干燥空气中,陶瓷样品的最大电导率为0.026 S·cm-1,氧离子迁移数为0.03～0.2,是一个氧离子与空穴的混合导体;在湿润氢气中,陶瓷样品的最大电导率为0.015 S·cm-1. 600～800 ℃时,陶瓷样品的质子迁移数为1,是一个纯的质子导体,而在900～1000 ℃时,陶瓷样品的质子迁移数为0.91～0.97,是一个质子与电子的混合导体,质子电导占主导.     

新型电解质材料CaZr0.1Ti0.9O3的制备与电性能研究

采用溶胶-燃烧法合成了可用于固体氧化物燃料电池(SOFC)的新型固体电解质材料CaZr_0.1Ti_0.9O₃。通过XRD、交流复阻抗等电化学方法对样品的结构、电导性能进行了表征,并考察了材料的烧结性能。结果表明,溶胶-燃烧法可以成功制备出具有良好烧结性能的CaZr_0.1Ti_0.9O₃电解质粉末,1400℃下得到的烧结体的相对密度可达到95%。电性能测试表明CaZr_0.1Ti_0.9O₃烧结体在中温范围内具有较高的氧离子电导率（σ^_800℃＝2.24×10^-3 S/cm）、低的电导活化能（0.89 eV）;样品的导电性能受烧结温度的影响,合理的控制烧结温度对于获得导电性能优良的CaZr_0.1Ti_0.9O₃电解质材料具有重要作用。     

La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2O3-α的微乳液法合成及其质子导电性研究

采用微乳液法合成了La_0.9Sr_0.1Ga_0.8Mg_0.2O_3-α的共沉淀前驱体，经初烧和烧结后制得La_0.9Sr_0.1Ga_0.8Mg_0.2O_3-α陶瓷样品，TEM和SEM分析结果表明陶瓷样品具有良好的微观结构，XRD分析结果表明陶瓷样品已形成了单相的LaGaO₃钙钛     

BaCe0.5Zr0.4Y0.1O3-δ粉体的溶胶-凝胶法和高温固相法制备及性能表征

分别通过溶胶-凝胶法和高温固相反应法制备了BaCe0.5Zr0.4Y0.1O3-δ粉体.采用热重-差热分析(TG-DTA),粉末X射线衍射(XRD),扫描电子显微镜(SEM),傅立叶红外衍射(FT-IR),N2吸附-脱附等方法对所制备的粉体进行了表征.结果表明:用溶胶-凝胶法在1200 ℃×10 h可以合成纯的BaCe0.5Zr0.4Y0.1O3-δ粉体,合成温度比传统的高温固相反应法降低400 ℃左右;溶胶-凝胶法合成粉体具有多孔结构特征,与固相法合成粉体相比具有较高的比表面积.但致密化试验表明:溶胶-凝胶法合成粉体与固相法合成粉体相比具有较低的烧结活性.溶胶-凝胶法合成粉体颗粒表面残余的有机基团和颗粒内部的大量微孔将在致密化过程中产生空间位阻,从而影响高温下原子的迁移,阻碍材料的致密化过程.     

BaCe0.8Ho0.2O3-a陶瓷的性质与应用

Ceramic BaCe0.8Ho0.2O3-α with orthorhombic perovskite structure was prepared by conventional solid state reaction, and its conductivity and ionic transport number were measured by ac impedance spectroscopy and gas concentration cell methods in the temperature range of 600-1000 ℃ in wet hydrogen and wet air, respectively. Using the ceramics as solid electrolyte and porous platinum as electrodes, the hydrogen-air fuel cell was constructed, and the cell performance at temperature from 600-1000 ℃ was examined. The results indicate that the specimen was a pure protonic conductor with the protonic transport number of 1 at temperature from 600-900 ℃ in wet hydrogen, a mixed conductor of proton and electron with the protonic transport number of 0.99 at 1000 ℃. The electronic conduction could be neglected in this case, thus the total conductivity in wet hydrogen was approximately regarded as protonic conductivity. In wet air, the specimen was a mixed conductor of proton, oxide ion and electron hole. The protonic transport numbers were 0.01-0.09, and the oxide-ionic transport numbers were 0.27-0.32. The oxide ionic conductivity was increased with the increase of temperature, but the protonic conductivity displayed a maximum at 900 ℃, due to the combined increase in mobility and depletion of the carriers. The fuel cell could work stably. At 1000 ℃, the maximum short-circuit current density and power output density were 346 mA/cm^2 and 80 mW/cm^2, respectively.     

Ba0.9Sr0.1Ce0.9Nd0.1O3-α陶瓷的离子导电性

用高温固相反应法制备了质子导电性陶瓷Ba0.9Sr0.1Ce0.9Nd0.1O3-α。用粉末X-射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对该陶瓷材料进行了表征;用交流阻抗谱技术和气体浓差电池方法研究了材料在500~900℃温度范围内、不同气体气氛中的离子导电性,并与BaCe0.9Nd0.1O3-α和Ba0.9Ca0.1Ce0.9Nd0.1O3-α材料的导电性进行了比较。结果表明,该陶瓷材料为单一钙钛矿型BaCeO3斜方晶结构,具有良好的致密性,在高温下、CO2或水蒸气气氛中具有较高的稳定性。在湿润氢气气氛中、500~800℃温度范围内,材料的质子迁移数为1,是一个纯的质子导体;在900℃下,质子迁移数为0.964,是一个质子与电子的混合导体,质子迁移数高于BaCe0.9Nd0.1O3-α(在700~900℃温度范围内,质子迁移数为0.95)。在湿润空气气氛中,材料的质子迁移数为0.019~0.032,氧离子迁移数为0.093~0.209,是一个质子、氧离子和电子空穴的混合导体,总电导率高于Ba0.9Ca0.1Ce0.9Nd0.1O3-α。在氢-空气燃料电池条件下,材料的离子迁移数为0.957~0.903,是一个质子、氧离子和电子的混合导体,离子电导率高于Ba0.9Ca0.1Ce0.9Nd0.1O3-α。     

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.     

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).     

多层膜结构BaCe0.9Nd0.1O3-δ的制备及其在常压合成氨中的应用

用干压法制备了Ni-BaCe0.9Nd01O3-δ多孔金属陶瓷阳极,并在阳极基膜上制备出致密的BaCe0.9Nd0.1O3-δ固体电解质薄膜.薄膜的厚度约为40 μm,致密均匀.测定了多层膜结构BaCe0.9Nd0.1O3-δ在干燥氮气/湿润氢气气氛中的电导率,结果表明其电导率要比厚膜BaCe0.9Nd0.1O3-δ和SrCe0.95Y0.05O3-δ(SCY)要高.将多层膜材料用于固态质子传导电池中,在常压下以氮气和氢气为原料合成了氨气.结果表明,与SCY固体电解质比较,氨的产率提高了一个数量级以上.     

溶胶-凝胶法制备(Ba0.85Ca0.15)(Ti0.9Zr0.1)O3无铅压电陶瓷研究

锆钛酸钡钙基无铅压电陶瓷由于具有较好的压铁电性能且环境友好而备受研究者关注,但其存在烧结温度高(>1450℃)、居里温度低等缺点。为降低锆钛酸钡钙基压电陶瓷的预烧及烧结温度,并优化其电学性能,本研究采用溶胶-凝胶法成功合成了(Ba_0.85Ca_0.15)(Ti_0.9Zr_0.1)O₃无铅压电陶瓷的前驱粉体,并在预烧温度为1000℃、烧结温度为1420℃时成功制备了(Ba_0.85Ca_0.15)(Ti_0.9Zr_0.1)O₃陶瓷,相较于传统固相法,陶瓷的预烧温度降低了250℃,烧结温度降低了30℃,成功改善了陶瓷的烧结行为,得到了铁电性能、介电性能和压电性能优良且致密性良好的低温烧结陶瓷。     

Ba0.9La0.1Ce0.7Zr0.2Nd0.1O3-α陶瓷的化学稳定性和离子导电性

用高温固相反应法制备了Ba0.9La0.1Ce0.7Zr0.2Nd0.1O3-α陶瓷。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。在500～900℃温度范围内,分别用交流阻抗谱技术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特性,并与Ba0.9Ca0.1Ce0.9Nd0.1O3-α材料的导电特性进行了比较。结果表明,在500～900℃温度范围内,干燥和湿润的氢气、氮气、空气和氧气气氛中,材料的电导率均随着温度升高和氧分压增加而增加,且材料在湿润气氛中的电导率稍高于相应的干燥气氛中的电导率(氢气气氛中则相反)。在湿润氢气中,材料的质子迁移数为1,是一个纯的质子导体;在干燥空气中,材料的氧离子迁移数为0.087～0.155,是一个氧离子与电子空穴的混合导体;在湿润空气中,材料的质子迁移数为0.001～0.004,氧离子迁移数为0.160～0.198,是一个质子、氧离子和电子空穴的混合导体。材料在干燥和湿润空气中的氧离子电导率均高于相同条件下Ba0.9Ca0.1Ce0.9Nd0.1O3-α材料的氧离子电导率。     

Ba0.9La0.1Ce0.9Nd0.1O3-α陶瓷的离子导电性

用高温固相反应法制备了Ba0.9La0.1Ce0.9Nd0.1O3-α质子导电性陶瓷,粉末X-射线衍射(XRD)分析表明,该陶瓷为单一钙钛矿型斜方晶结构。在500~900℃温度范围内,分别用气体浓差电池方法和交流阻抗谱技术研究了材料在不同气体气氛中的离子导电性,并与Ba0.9Ca0.1Ce0.9Nd0.1O3-α材料的离子导电性进行了比较。结果表明,在500~900℃温度范围内、湿润氢气中,Ba0.9La0.1Ce0.9Nd0.1O3-α材料的质子迁移数为1,是一个纯的质子导体。在干燥空气中,该材料是一个氧离子和电子空穴的混合导体,氧离子迁移数为0.295~0.081,氧离子电导率高于Ba0.9Ca0.1Ce0.9Nd0.1O3-α。在湿润空气中,该材料是一个质子、氧离子和电子空穴的混合导体,质子迁移数为0.151~0.009,氧离子迁移数为0.300~0.107,质子电导率低于Ba0.9Ca0.1Ce0.9Nd0.1O3-α材料。在氢-空气燃料电池条件下,Ba0.9La0.1Ce0.9Nd0.1O3-α材料是一个质子、氧离子和电子的混合导体,离子迁移数为0.964~0.853,离子电导率与Ba0.9Ca0.1Ce0.9Nd0.1O3-α材料相近。     

含氟CaO-P2O5-SiO2-Na2O-B2O3玻璃陶瓷的制备及性能表征

采用溶胶-凝胶法制备CaO-P₂O₅-SiO₂-Na₂O-B₂O₃体系前驱体粉末,用CaF₂替代部分CaO再次制备前驱体粉末。 通过TG-DSC分析确定结晶温度为865 ℃,经过热处理获得主晶相为Na₆Ca₃Si₆O₁₈的玻璃陶瓷。 通过X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)等技术手段及体外生物活性实验分析玻璃陶瓷的显微结构及性能。 结果表明,CaF₂的加入能提高玻璃陶瓷的体积密度、抗折强度和弹性模量,并且不会破坏玻璃陶瓷的生物活性。     

SrCe_(0.95)Y_(0.05)O_3-δ在中温区的电化学性质及其在常压合成氨中的应用

SrCe0.95Y0.05O3-δ是一种高温质子导体，本研究采用溶胶—凝胶法合成了 SrCe0.95Y0.05O3-δ纳米粉体，并以该粉体烧制得固体复合氧化物电解质陶瓷，测 定了其在中温区间(400-600℃)的电导率，结果表明不同气氛对其电导率有很大影 响．用该陶瓷在固态质子传导电他中常压下以氮气和氢气为原料合成了氨，并研究 了影响氨合成的关键因素，确定了合适的工作温度，在常压下480℃时氨的产率可 达10^-9mol/(s.cm^-2)以上．     

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.     

LiV3O8的合成及其电化学性能研究

The layered trivanadate, LiV₃O₈, was prepared by sol-gel method with LiOH, V₂O₅ and H₂O₂ as initial reagents. The materials at different heat treatment conditions were characterized by XRD and TG-DTA. Their electrochemical behaviors were studied by galvanostatic charge-discharge and cyclic voltammetry. The results show that LiV₃O₈ prepared by sintering at 300 ℃ for 16 h has higher capacity, and its initial discharge capacity is 333.1 mAh·g^-1, and maintains a discharge capacity of 302.8 mAh·g^-1 after 10 cycles at 0.2 C and the voltage range of 1.8～4.0 V.     

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。     

烧绿石结构Y2-xMgxRu2O7-δ(x=0.05、0.1、0.15)的制备及其OER催化活性

采用溶胶-凝胶法制备系列的镁掺杂Y2-xMgxRu2O7-δ(YMRO?x,x=0.05、0.1、0.15)催化剂,通过X射线光电子能谱对其进行价态分析发现,采用小离子半径的Mg^2+取代烧绿石结构中处于A位的部分Y^3+,进一步增加了烧绿石结构中氧缺陷数量,也引发了部分Ru^4+转变为Ru^5+,释放电子到表面,促进了氧析出反应(OER)。其中YMRO?0.1催化剂的含氧缺陷浓度最高,其催化活性最高。在达到10 mA·cm^-2电流密度时,相比于RuO2(358 mV)、Y2Ru2O7-δ(294 mV),YMRO?0.1仅需施加265 mV过电位并且其Tafel斜率相对于RuO2(88 mV·dec^-1)和Y2Ru2O7-δ(64 mV·dec^-1)仅为45 mV·dec^-1。此外,由于氧空位增多,即活性位点增多,降低了自由基从金属位点脱附的吉布斯自由能,促进了OER催化性能。第一性原理表明,替位原子MgY与氧空位形成复合体,可以降低氧空位形成能,同时随着Mg^2+引入,带隙变小,电荷迁移能也随之变小,进而可以得到更高的催化活性。     

水热辅助溶胶-凝胶法制备纳米晶γ-Al2O3及表征

纳米材料由于具有小尺寸效应、量子效应、表面及界面效应,在结构或功能上赋予其许多不同于传统材料的优异性能,因而具有非常广阔的应用前景[1,2].