过渡金属掺杂铈中晶格氧的活化（英文）

采用密度泛函理论计算研究了在铈表面掺杂的过渡金属(TM)离子对表面晶格氧原子活化的影响.为此,测定了经TM离子修饰的CeO_2最稳定(111)表面终端的结构和稳定性.除了保持八面体氧配位的锆和铂掺杂剂外, TM掺杂剂在取代表面Ce离子时更倾向于正方形平面配位.除了Pt(1.14 eV)和Zr(正方形平面配位不稳定)外,所有TM掺杂剂的表面结构从八面体到正方形平面都很容易.通常,四价TM阳离子的离子半径比Ce~(4+)的小得多,从而导致了显著的拉伸应变晶格,并解释了氧空位形成能量的降低.除Zr外,当产生一个氧空位时,优先形成正方形平面结构.热力学分析表明, TM掺杂CeO_2表面在典型环境催化条件下存在氧缺陷.一个具有实际意义的例子是锆掺杂CeO_2(111)中的晶格氧容易活化,从而有利于CO氧化.研究结果强调了晶格氧活化的本质和TM掺杂剂在TM-铈固溶催化剂中的优选位置.     

过渡金属掺杂铈中晶格氧的活化

采用密度泛函理论计算研究了在铈表面掺杂的过渡金属(TM)离子对表面晶格氧原子活化的影响.为此,测定了经TM离子修饰的CeO2最稳定(111)表面终端的结构和稳定性.除了保持八面体氧配位的锆和铂掺杂剂外, TM掺杂剂在取代表面Ce离子时更倾向于正方形平面配位.除了Pt(1.14 eV)和Zr(正方形平面配位不稳定)外,所有TM掺杂剂的表面结构从八面体到正方形平面都很容易.通常,四价TM阳离子的离子半径比Ce^4+的小得多,从而导致了显著的拉伸应变晶格,并解释了氧空位形成能量的降低.除Zr外,当产生一个氧空位时,优先形成正方形平面结构.热力学分析表明, TM掺杂CeO2表面在典型环境催化条件下存在氧缺陷.一个具有实际意义的例子是锆掺杂CeO2(111)中的晶格氧容易活化,从而有利于CO氧化.研究结果强调了晶格氧活化的本质和TM掺杂剂在TM-铈固溶催化剂中的优选位置.     

(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.     

受主掺杂BaPbO3晶体的缺陷化学模型

以高温平衡电导法测定高温平衡电导率随氧分压的变化为基础, 具体分析了不同氧分压范围内主要缺陷类型——包括空穴、电子、氧离子空位、铅离子空位和杂质缺陷随氧分压的变化规律, 通过一定的理论假设, 建立了以空穴、电子、氧离子空位、铅离子空位和杂质缺陷为主要缺陷类型的受主掺杂BaPbO3材料的缺陷化学模型.     

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 .     

受主掺杂BaPbO3陶瓷的缺陷结构

采用高温平衡电导法测定高温平衡电导率随氧分压(10^－12～10⁵ Pa)的变化曲线, 阐明了受主掺杂BaPbO₃的缺陷结构, 解释了材料的导电机理. 高氧分压下, Pb离子空位缺陷占主导, 电荷补偿缺陷为空穴; 随着氧分压的下降, 材料由本征缺陷占主导向杂质缺陷占主导转变, 受主杂质成为主导缺陷, 电荷补偿缺陷为空穴; 在低氧分压下, 电荷补偿缺陷由空穴转变为氧离子空位. 受主掺杂浓度的下降, 导致高温电导率下降, 并引起本征缺陷占主导向非本征缺陷占主导的转变点向低氧分压方向移动, 同时低氧分压区域的电荷补偿缺陷由空穴转变为氧离子空位的转变点也向更低的氧分压方向移动.     

新型固体电解质Ce6- x Sm x MoO15- δ (0≤x≤1.2)的合成及电性质

采用溶胶-凝胶方法合成系列新型氧化物 Ce6- x Sm x MoO15- δ (0≤x≤1.2). 通过TG-DTA, XRD和XPS等手段对氧化物结构进行了表征. 结果表明, 氧化物的最低成相温度为400 ℃, 具有立方莹石结构. Sm的掺杂可增加氧离子空位浓度, 改善母体电导率. 阻抗谱表明, 采用溶胶-凝胶法合成固体电解质可减少或消除其晶界电阻. 800 ℃时, Ce5.2Sm0.8MoO15- δ的电导率高达6.67×10-3 S/cm.     

钐掺杂对CeO2电解质导电性能的影响

采用溶胶-凝胶法合成Ce1-xSmxO2-δ(x=0,0.1,0.2)系列固体电解质.通过XRD,Raman,SEM和交流阻抗技术系统研究掺杂浓度、相对密度、晶粒大小和氧空位浓度对电解质导电性能的影响.XRD结果表明,所有样品均呈现CeO2结构,即形成了 Ce1-xSmxO2-δ固溶体.在掺杂离子相同,电解质的晶粒大小和相对密度十分接近的情况下,较多Sm3+的掺人能促使样品形成较多的氧空位,更有利于O2-的传递,从而使得Ce0.8Sm0.2O2-δ的电导性能高于Ce0.9Sm0.1O2-δ样品.     

碱土金属氧化物掺杂氧化铈基电解质材料中的晶格缺陷

基于能量最小化算法，对碱土金属氧化物(MgO、CaO、SrO、BaO)掺杂的氧化铈基电解质缺陷进行模拟计算. 研究了掺杂离子与空位缺陷形成能和氧空位跃迁能之间的关系. 结果说明，在碱土金属氧化物掺杂氧化铈的固溶反应中，氧空位缺陷是电荷补偿缺陷的首选形式，CaO和SrO较MgO和BaO 易溶于CeO₂; Ca²⁺掺杂离子与氧空位缺陷对[CaCe″•VO^••]×的结合能最高；复合缺陷[VO•••MCe″•VO••]••在CeO₂中的状态不稳定；氧空位在次近邻间的跃迁能最低，因此最容易实现跃迁.     

金属掺杂的CeO2体系电子结构和氧离子迁移能的DFT+U研究

使用DFT和DFT+U方法研究了Ca,Ba,Sm与Zr在CeO₂体系中的掺杂能及其掺杂对缺陷形成能和氧离子迁移能的影响规律. 计算结果表明,对未含有氧离子空位的掺杂体系,掺杂能随着掺杂离子半径的增大而增大;对含有氧离子空位的掺杂体系,掺杂能受到掺杂离子半径和价态的影响;对各种掺杂体系电子结构的研究发现,在还原CeO₂,Zr和Sm掺杂的CeO₂体系中,由于氧空位捕获电子使Fermi能级升高;在碱土金属掺杂的CeO₂体系中,由于Ca²⁺和Ba²⁺取代高价态Ce⁴⁺而产生的负电荷恰恰与氧离子空位产生的正电荷中和,因此Fermi能级几乎没有移动;还原CeO₂和Zr掺杂的CeO₂体系均含有Ce³⁺,其新态位于Ce4f和O2p之间,这将导致CeO₂体系具有离子和电子导电特性;Ca,Ba和Sm的掺杂均抑制了CeO₂体系中Ce⁴⁺的变价. 使用NEB方法对氧离子迁移能进行了研究,且结果表明,氧离子到空位的迁移路径几乎沿一条直线进行;当掺杂Ca,Ba,Sm与Zr时,氧离子迁移能均小于纯CeO₂体系的;在这些掺杂体系中,Ba掺杂的体系氧离子迁移能最小,掺杂能较大,这可能导致在实验中常通过加入第三类掺杂物来引入Ba.     

CaO或BaO与Sm2O3共掺杂CeO2体系电子结构和氧离子迁移的DFT+U研究

使用GGA+U方法研究了Ca O或Ba O与Sm2O3共掺杂Ce O2体系几何和电子结构及氧离子迁移。计算结果表明,Ba和Sm均靠近氧空位时Ba Sm Ce30O63体系最稳定;Sm靠近,Ca远离氧空位时Ca Sm Ce30O63体系最稳定。Ba Sm Ce30O63和Ca Sm Ce30O63体系中均不存在Ce4+变价。对Ca Sm Ce30O63体系氧离子迁移的研究发现,当氧离子迁移到空位时,迁移能大小顺序为Em(3→V)Em(1→V)Em(4→V)Em(2→V),这一规律源于氧离子与低价掺杂离子产生负电势之间的排斥作用;对Ba Sm Ce30O63体系氧离子迁移的研究发现,当空位迁移到周围氧离子时,迁移能大小顺序为Em(V→3)Em(V→5)Em(V→1),这一规律源于氧空位产生的正电势与低价掺杂离子产生的负电势之间的吸引作用。此外,Ca Sm Ce30O63体系最小迁移能小于Sm Ce31O63体系,证实了Ce O2-Sm2O3-Ca O体系离子电导率大于Ce O2-Sm2O3体系的实验结果。     

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。     

高性能镓酸镧基电解质燃料电池

制备并用多种电化学方法研究了LaGaO3基高性能中温固体氧化物燃料电池的电极和电解质材料，组装出了高性能单电池.实验发现， Co掺杂的La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.2O3电解质中， Co含量的增加显著提高了电解质的氧离子电导率，电解质的氧迁移数略有减小，是非常好的中、低温燃料电池电解质.钴掺杂的电解质不仅显著减小了电池的欧姆电阻，而且减小了电池的阴、阳极极化过电位.以La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.11Co0.09O3为电解质时电池在1073、973、873 K下的最大输出功率密度分别达到1.77、0.92、0.41 W•cm－2，是非常有前景的电池体系.     

高温高压合成的Ce1-xEuxO2-δ固溶体的价态和输运性质研究

Ce O2 具有典型的萤石结构 ,当晶格中产生氧缺位时则形成氧离子固体电解质材料 Ce O2 -δ.Ce O2中的氧缺位浓度可通过掺入不同价态的离子来调整 ,如通过掺杂 Ca,Sr,Y或其它稀土离子所形成的固溶体具有比 Y稳定的 Zr O2 更高的离子电导率 [1] .近年来通过水热法合成了一些 Ce O2 基固体电解质 [2～ 4 ] ,在对 (Ce O2 ) 1- x(Bi O1.5) x 固溶体的研究中发现 ,Bi2 O3在 Ce O2 中的固溶限可达 5 0 % ,而 Sm2 O3在 Ce O2 中的固溶限仅为 3 0 % .高温高压在化合物的合成方面具有可调节离子价态和阴离子缺位数等特点 .本文利用高温高压…     

La2/3-xLi3xMoO4的合成、结构及离子导电性

首次合成了La2/3-xLi3xMoO4系列化合物,其结构为具有阳离子缺陷的四方白钨矿结构,晶胞参数a,c及c/a值随锂离子浓度的增加而减小。锂离子掺杂浓度较低时,晶格中阳离子空位较多,Li+的传输以扩散为主;随着掺杂浓度增加,载流子浓度增大,阳离子空位减小。锂离子掺杂量在0.3附近,电导率出现最大值,室温下La0.567Li0.3MoO4的电导率为6.5×10-6S·cm-1。     

氧离子固体电解质及其应用

固体电解质是一种具有某种离子导电的固体,氧离子固体电解质是一种具有氧离子导电的氧化物体系。在固体电解质中,氧离子固体电解质是发展较快、应用较广的一种。氧离子固体电解质及其电池     

不同碳酸铵试剂对共沉淀法制备的GDC粉性状的影响

近年来工作温度在500￣700℃的中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFC)受到广泛关注。稀土掺杂氧化铈尤其是钐、钆掺杂氧化铈在中温下的离子电导率远高于钇掺杂氧化锆(YSZ),是较为理想的IT-SOFC电解质材料。由于掺杂氧化铈难于烧结,不便于制备致密的电解质膜,通过提高掺杂氧化铈粉体细度来降低其烧结温度,是近年来该材料应用领域的一个研究热点。已有各种合成掺杂氧化铈纳米粉的报道,如采用共沉淀法、固态反应法、水热处理法、燃烧法、溶胶-凝胶法等等。其中碳酸盐共沉淀法由于具有成本低、设备简单以及合成粉体细度高等优点而倍受青睐。通…     

氧空位浓度对氧化锌电阻阀片电学性质的影响

为研究氧空位浓度对氧化锌电阻阀片电学性质的影响,在微观层面上模拟了5种不同氧空位浓度的ZnO晶体模型.基于第一性原理计算了各模型体系的晶体结构、氧空位形成能、能带结构、态密度、载流子有效质量及电导率等.结果表明,随着氧空位浓度的增加,晶格常数和体积均随之减小,导致ZnO晶粒尺寸减小,单位厚度的晶界数量增加和压敏电压增大,氧空位形成能逐渐增大,高浓度氧空位形成越困难.在含有氧空位的体系中均产生了深能级电子陷阱,并且不同氧空位浓度产生的深能级电子陷阱俘获载流子的陷阱效应不同.在温度一定时,随着氧空位浓度的增加,ZnO的电导率逐渐减小,导电性能变弱,所得结果与实验相一致.     

钇掺杂介孔氧化锆材料的合成与表征

近年来一种新型纳米结构材料-介孔材料引起越来越广泛的兴趣。作者利用表 面活性剂辅助模板及后处理工艺成功实现了过渡金属钇在有序介孔氧化锆骨架中的 掺杂改性。借助XRD，TEM，EDS和荧光光谱以及紫外-可见吸收等分析手段进行样品 结构及性能表征。研究结果表明，金属钇离子能均匀地掺杂于规则的介孔氧化锆骨 架中。掺杂改性后的介孔氧化锆试样经激发后室温下呈现特殊的荧光（蓝光）发射 现象，并认为这种荧光响应与钇掺杂氧化锆产生氧空位缺陷有关。     

F离子掺杂TiO2的性能研究

以NH₄F为掺杂剂,采用溶胶-凝胶法制备F离子掺杂型TiO₂光催化剂,对其进行XRD、XPS和PL表征,结果表明,F离子掺杂TiO₂由于Ti-F配位体的形成而能抑制金红石相的生成,同时F离子掺杂能增加TiO₂表面缺陷浓度并降低Ti_2P键的结合能,另外,由于F离子能取代Ti-OH配位体而降低了表面羟基氧浓度.光催化研究结果表明,F离子掺杂提高了TiO₂光催化活性近1.5倍.