Ce0.6Zr0.035Y0.05O2 和Pr0.6Zr0.35Y0.05O2 固熔体的氧储存能力及氧化-还原性能的研究

测定了Ce0.6Zr0.35Y0.05O2 和Pr0.6Zr0.35Y0.05O2两种固熔体的晶体结构,氧的储存以及氧化-还原性能. XRD结果表明 Ce0.6Zr0.35Y0.05O2主要以立方的Ce0.75Zr0.25O2结构形式存在,此外还有少量的ZrO1.87. 而Pr0.6Zr0.35Y0.05O2则主要以立方的Pr0.60Zr0.40O2结构形式存在.这两种固熔体粒子都为纳米级,具有多孔和较大表面积的特征.将Y3+掺杂到Ce0.6Zr0.4O2 或Pr0.6Zr0.4O2晶格中,可以提高氧空位, Ce4+或Pr4+浓度. H2(和CO)-O2滴定和TPR-再氧化试验表明在这两种固熔体中分别存在着可逆的Ce4+/Ce3+或Pr4+/Pr3+氧化还原能力.基于试验结果,我们得出以下结论,将Y3+掺杂到Ce0.6Zr0.4O2 或Pr0.6Zr0.4O2晶格中可以(1)提高晶格氧的活动能力,(2)提高Ce4+或Pr4+浓度,(3)提高氧的储存能力和(4)Pr0.6Zr0.35Y0.05O2在Redox性能, 晶格氧的活动能力和氧的储存能力等方面优于Ce0.6Zr0.35Y0.05O2.     

Ce1 - x Tbx O2 - δ复合氧化物氧缺位的拉曼光谱研究

采用溶胶-凝胶法制备了Ce1-xTbxO2-δ复合氧化物,利用不同Raman激发波长(514和785 nm),结合X射线衍射(XRD)、氢气-程序升温还原(H2-TPR)和氧气-程序升温脱附(O2-TPD)表征,考察了Ce1-xTbxO2-δ复合氧化物在O2,He和H2气氛下氧缺位的原位变化情况和CeO2的F2g特征Raman峰位的偏移. 实验结果表明,随着Tb掺杂量的提高,由于晶胞收缩使得CeO2的F2g特征Raman振动峰发生蓝移. 514 nm Raman激发波长反映了催化剂的表面信息,而785 nm激发波长反映了整体信息. 正是由于表面和整体变化的不一致,造成原位Raman实验过程中氧缺位浓度变化趋势的不同. 在He和H2气氛下,由于温度升高时伴随着Ce1-xTbxO2-δ中O2气的脱出,使复合氧化物的微观结构发生改变,以致Ce0.9Tb0.1O2-δ中的氧缺位浓度(A587/A465)在785 nm激发波长下出现先升高后下降的现象.     

Ce0．6Zr0．35Y0．0502和Pr0．6Zr0．35Y0．05O2催化剂表面上CO氧化和^18O-^16O交换反应的研究

测定了在Ce0．6Zr0.4O2,Ce0.6Zr0.35Y0.05O2,Pr0.6Zr0.4O2和Pr0.6Zr0.35Y0.05O2(分别表示为CZ，CYZ，PZ和PYZ)样品表面上的CO氧化反应和^18O-^16O同位素交换反应。结果表明：在CZ和PZ系列固熔中掺杂Y^3 离子可以改善晶格氧的迁移速度；PZ和PZY的晶格氧比CZ和CZY的晶格氧具有更高的氧化反应活性。其原因是将Y^3 掺杂到Ce0.6Zr0.4O2或Pr0.6Zr0.4O2晶格中，增加了样品的氧空位浓度，从而提高了晶格氧的迁移性质，而PrOx比CeO2具有更低温度的氧化还原性质，因此PZ和PZY的晶格氧比CZ和CZY的晶格氧具有更高的氧化反应活性。     

Ce0.6Zr0.35Y0.05O2和Pr0.6Zr0.35Y0.05O2催化剂表面上CO氧化和18O-16O交换反应的研究

测定了在Ce0.6Zr0.4O2,Ce0.6Zr0.35Y0.05O2,Pr0.6Zr0.4O2和Pr0.6Zr0.35Y0.05O2 (分别表示为CZ,CYZ,PZ和PYZ)样品表面上的CO氧化反应和18O-16O 同位素交换反应.结果表明: 在CZ和PZ系列固熔中掺杂Y3 离子可以改善晶格氧的迁移速度;PZ和PZY的晶格氧比CZ 和CZY 的晶格氧具有更高的氧化反应活性.其原因是将Y3 掺杂到Ce0.6Zr0.4O2 或Pr0.6Zr0.4O2晶格中,增加了样品的氧空位浓度,从而提高了晶格氧的迁移性质,而PrOx比CeO2具有更低温度的氧化还原性质,因此PZ和PZY的晶格氧比CZ 和CZY 的晶格氧具有更高的氧化反应活性.     

固溶体Ce0.8Pr0.2O2-δ的合成及性质研究

利用溶胶-凝胶方法合成了Ce0.8Pr0.2O2-δ固溶体, XRD结果表明,经200 ℃焙烧就已经形成立方萤石结构固溶体,晶粒尺寸为8.1 nm, 随焙烧温度的升高,晶粒尺寸增大. X射线光电子能谱(XPS)结果表明,样品中存在氧离子缺位,铈离子主要为Ce4 离子,镨离子以混合价态Pr3 和Pr4 存在. 固溶体Ce0.8Pr0.2O2-δ的拉曼谱(Raman)观察到4个峰,458和1140 cm-1峰为特征F2g振动谱带,较宽的570和187 cm-1峰对应氧离子缺位及引起的不对称振动. 交流阻抗谱表明固溶体Ce0.8Pr0.2O2-δ在600 ℃时的电导率为1.44×10-3 S·cm-1, 活化能为Ea=0.67 eV (650～800 ℃), Ea=0.91 eV (400～600 ℃).     

纳米CeO2基固溶体催化柴油机碳颗粒物燃烧性能

采用柠檬酸溶胶鄄凝胶法制备CeO2基固溶体催化剂(Ce0.7Zr0.3O2-δ、Ce0.7Pr0.3O2-δ和Ce0.7Gd0.3O2-δ), 并考察了固溶体和三种常用载体(TiO2、SiO2和Al2O3)及其负载KNO3后的催化碳黑燃烧活性. 结果表明, CeO2基固溶体催化剂具有很高的催化燃烧活性, 其活性接近TiO2、SiO2和Al2O3负载30%KNO3催化剂的活性. 因为纳米CeO2基固溶体的形成, 提高了催化剂的抗烧结能力, 使氧更活泼, 从而提高氧化还原性能, 有利于碳颗粒燃烧. 由于CeO2基固溶体本身的高活性, 因此KNO3的添加不能明显提高CeO2基固溶体催化剂(尤其是Ce0.7Zr0.3O2-δ和Ce0.7Pr0.3O2-δ)的催化燃烧活性, 但KNO3能显著提高TiO2, SiO2和Al2O3的催化燃烧活性.     

铋杂对Ce-Zr固溶体储氧性能稳定性的影响

以Ce(NO3)3·6H2O,ZrO(NO3)2·2H2O和Bi(NO3)3·5H2O为原料,氨水为沉淀剂,双氧水为氧化剂,在pH值为9.5～10.5条件下,采用氧化共沉淀法制备了不同比例组成的复合氧化物Ce1-x-yZrxBiyOσ.通过XRD,BET和Raman表征可知,该法制备的样品550 ℃焙烧后均可形成固溶体,当x0.15,y0.2时,高温焙烧后易分相.H2-TPR和CO脉冲测试结果显示Ce0.65Zr0.15Bi0.2Oσ较易被还原,且1050℃焙烧4 h后储氧量仍可达625 μmol·(g cat)-1,这是由于Bi3+取代了Ce0.65Zr0.15Bi0.2Oσ中部分Ce4+和Zr4+形成氧空位,增强了体相晶格氧的移动性,从而使Ce0.65Zr0.15Bi0.2Oσ固溶体中的Ce4+和Bi3+同时被还原.     

制备方法对Ce0.6Zr0.3Pr0.1O2纳米复合氧化物性能的影响

采用室温共沉淀、分步沉淀和共沉淀、分步沉淀水热法制备了Ce0.6Zr0.3Pr0.1O2纳米复合氧化物。X射线衍射(XRD)、N2物理吸附、透射电镜(TEM)、H2程序升温还原(H2-TPR)和热重分析技术(TG)表征结果表明:分步沉淀水热法有利于锆离子和镨离子进入CeO2晶格和提高Ce0.6Zr0.3Pr0.1O2纳米复合氧化物的热稳定性、氧化还原性能和储释氧性能。制备过程中未加入任何表面活性剂,1000℃焙烧4 h后,其晶粒尺寸可控制在8~15 nm,比表面积仍能保持在66 m2·g-1,释氧量维持在1713μmol[O]·g-1CeO2。     

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.     

铈基复合氧化物的结构及其对HCl催化氧化性能的影响

采用氨水共沉淀法制备了一系列铈基复合氧化物(Ce0.9M0.1O2,M=Cu、Cr、Zr、Ti、La),借助XRD、Raman、N2吸附-脱附、ESEM和H2-TPR等手段对复合氧化物的结构进行了表征,并考察了其在HCl催化氧化制Cl2过程中的性能.结果显示:Cu、Cr和Zr掺杂能显著减小复合氧化物晶粒尺寸,提高复合氧化物的比表面积和孔容,并提供更多的低温可还原氧物种.而La和Ti的掺杂可以获得较大的表面氧空位浓度以及增加高温可还原氧物种数目.复合氧化物结构和表面性质的变化显著影响了其HCl催化氧化活性,在430℃下铈基复合氧化物催化剂活性顺序为:Ce0.9Cu0.1O2Ce0.9Cr0.1O2Ce0.9Zr0.1O2Ce0.9Ti0.1O2Ce O2Ce0.9La0.1O2,低温可还原氧物种数目直接与催化剂活性有关.反应动力学测试显示催化剂低温可还原氧物种有利于HCl在催化剂表面的吸附和活化,而催化剂表面的氧空位可以促进氧分子的吸附和活化.     

Ce1-xTbxO2-δ复合氧化物氧缺位的拉曼光谱研究

采用溶胶-凝胶法制备了Ce1-xTbxO2-δ复合氧化物, 利用不同Raman激发波长(514和785 nm), 结合X射线衍射(XRD)、氢气-程序升温还原(H2-TPR)和氧气-程序升温脱附(O2-TPD)表征, 考察了Ce1-xTbxO2-δ复合氧化物在O2, He和H2气氛下氧缺位的原位变化情况和CeO2的F2g特征Raman峰位的偏移. 实验结果表明, 随着Tb掺杂量的提高, 由于晶胞收缩使得CeO2的F2g特征Raman振动峰发生蓝移. 514 nm Raman激发波长反映了催化剂的表面信息, 而785 nm激发波长反映了整体信息. 正是由于表面和整体变化的不一致, 造成原位Raman实验过程中氧缺位浓度变化趋势的不同. 在He和H2气氛下, 由于温度升高时伴随着Ce1-xTbxO2-δ中O2气的脱出, 使复合氧化物的微观结构发生改变, 以致Ce0.9Tb0.1O2-δ中的氧缺位浓度(A587/A465)在785 nm激发波长下出现先升高后下降的现象.     

固体电解质Ce_(0.9)Er_(0.1-x)Pr_xO_(1.95+δ)的微观结构及电性能

采用柠檬酸溶胶-凝胶法制备了固体电解质Ce0.9Er0.1-xPrxO1.95+δ(x=0.02~0.08),利用X射线粉末衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)、拉曼光谱(Raman)、X射线光电子能谱(XPS)和交流阻抗谱研究了样品的微观结构和电性能.XRD结果表明,800℃煅烧的所有样品均形成了单相立方萤石结构;Raman光谱结果表明,Ce0.9Er0.05Pr0.05O1.95+δ具有氧缺位的立方萤石结构;XPS分析表明,Ce0.9Er0.05Pr0.05O1.95+δ存在氧缺位,Pr3+离子和Pr4+离子共存;AFM观测结果表明,1300℃下烧结的样品比1400℃下烧结的样品致密;交流阻抗谱结果表明,Pr掺杂量x=0.05时,Ce0.9Er0.05Pr0.05O1.95+δ的电导率最高(σ600℃=1.34×10-2S/cm,Ea=0.90 e V),比未掺杂Pr的Ce0.9Er0.1O1.95(σ600℃=8.81×10-3S/cm,Ea=0.92 e V)提高了52%,说明在Ce0.9Er0.1O1.95中适量掺杂Pr可提高材料的电导率,降低活化能.     

铋掺杂对Ce-Zr固溶体储氧性能稳定性的影响

以Ce(NO3)3.6H2O,ZrO(NO3)2.2H2O和Bi(NO3)3.5H2O为原料,氨水为沉淀剂,双氧水为氧化剂,在pH值为9.5~10.5条件下,采用氧化共沉淀法制备了不同比例组成的复合氧化物Ce1-x-yZrxBiyOσ。通过XRD,BET和Raman表征可知,该法制备的样品550℃焙烧后均可形成固溶体,当x0.15,y0.2时,高温焙烧后易分相。H2-TPR和CO脉冲测试结果显示Ce0.65Zr0.15Bi0.2Oσ较易被还原,且1050℃焙烧4 h后储氧量仍可达625μmo.l(g cat)-1,这是由于Bi3+取代了Ce0.65Zr0.15Bi0.2Oσ中部分Ce4+和Zr4+形成氧空位,增强了体相晶格氧的移动性,从而使Ce0.65Zr0.15Bi0.2Oσ固溶体中的Ce4+和Bi3+同时被还原。     

中温固体氧化物燃料电池LaNi_(0.6)Fe_(0.4)O_(3-δ-)Gd_(0.2)Ce_(0.8)O_2梯度复合阴极制备及交流阻抗性能

应用丝网印刷和共烧结制备LaNi0.6Fe0.4O3-δ(LNF)-Gd0.2Ce0.8O2(GDC)梯度复合阴极/Gd0.2Ce0.8O2/Sc0.1Zr0.9O1.95(ScSZ)/Gd0.2Ce0.8O2/LaNi0.6Fe0.4O3-δ(LNF)-Gd0.2Ce0.8O2(GDC),组成梯度复合阴极对称电池.实验表明,在750 oC工作温度下单层70%LNF-30%GDC(文中均指质量百分比)复合阴极的极化电阻为0.581Ω·cm2,而三层60%LNF-40%GDC/70%LNF-30%GDC/100%LNF复合阴极的极化电阻最小(0.452Ω·cm2).由于阴极组成在ScSZ电解质和LNF阴极之间呈梯度变化,因此获得了最佳的阴极/电解质界面,大大加快了三相界面或气体/阴极/电解质三相接触点反应区的扩散,其电荷传递电阻Rct和浓差极化电阻Rd均减小,因而具有最低的阴极极化电阻值.     

Pr-Ce-Zr复合氧化物的结构与储氧性能研究

采用氨水共沉淀方法制备了PrxCe0.3－xZr0.7O2（x=0,0．1,0．2,0．3）复合氧化物,对样品进行了X光衍射、比表面积等表征及动态和静态储氧性能测试。结果表明,Pr进入铈锆的晶格,形成了良好的固溶体,并有效地阻止了水热老化处理造成铈锆的分相。在富锆复合氧化物中,Pr本身的氧化还原能力较弱,对固溶体的总储氧能力贡献不大;而适量Pr掺杂（10％,原子分数）可以对铈锆样品的表面改性,提高动态储放氧能力。     

CeO2-ZrO2固相溶液的制备和贮氧能力的研究

二氧化铈(CeO2)是优良的催化剂和催化剂促进剂,通过引入二氧化锆(ZrO2)可以提高其热稳定性及贮氧能力.研究以硝酸铈(Ⅳ)和氯氧锆为原料,用均相沉淀法制备CeO2-ZrO2固相溶液.用X光衍射(XRD)、差热-热重分析(DSC-TGA)、BET测定法和贮氧能力测定法对制备的CeO2-ZrO2进行了表征.BET测定制备的样品比表面积可达114m2/g;XRD结果表明,均相沉淀法制备样品具有萤石结构,Ce/Zr为3∶1,450℃时即可制备出Ce0.75Zr0.25O2,800℃时,相结构稳定,TGA-DSC热分析没有出现热峰,说明样品热稳定性优良;通过100℃、200℃、400℃和800℃的氧贮存能力测定,实验结果表明,CeO2-ZrO2固体溶液的氧贮存能力随温度的升高而降低,在高温下的氧贮存能力随Zr含量的增加而增大,ZrO2的引入不但改进了CeO2的热稳定性,而且提高Ceo2样品高温下的氧贮存能力.     

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。     

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…     

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。     

稀土金属氧化物对Pd/δ,θ-Al2O3催化蒽醌氢化制H2O2性能的影响

 采用湿浸法制备了用于蒽醌氢化制过氧化氢的系列氢化催化剂. 考察了不同稀土金属(La, Ce,Pr,Nd和Sm)氧化物对Pd/δ,θ-Al2O3催化剂性能的影响. 采用XRD,H2-O2滴定和N2物理吸附等技术对催化剂进行了表征. 结果表明,适量稀土金属氧化物的加入能抑制高温处理时Al2O3晶粒的增长,增大催化剂比表面积,提高金属Pd的分散度,从而提高催化剂的氢化活性. 稀土金属氧化物对Pd/δ,θ-Al2O3催化性能的影响顺序为La＞Nd＞Pr＞Sm＞Ce.