Bi2CuO4的氧渗透和高温电导性能研究

通过固相烧结法制备了Bi2CuO4材料,并对其在中高温下的电导性能及氧渗透性能进行了研究.研究表明,Bi2CuO4在700℃以下时为电子导体,而在700℃以上时其离子电导随温度的增加而显著的增加,在780℃左右时与其电子电导相当,是一种较好的氧离子-电子混合导体.氧渗透测量表明在786℃时,厚度为1.72mm的样品在上表面氧分压为0.209atm,下表面氧分压为0.006atm时的氧渗透率达到5.93×10-8mol/scm2.     

氧离子导体Na0.525Bi0.475ZrO2.975的制备与性能

氧离子导体电导率对于固体氧化物燃料电池的性能起着决定性的作用。采用传统固相反应法合成单一钙钛矿结构的Na_(0.525)Bi_(0.475)ZrO_(2.975)氧离子导体,利用交流阻抗谱来研究Na_(0.525)Bi_(0.475)ZrO_(2.975)材料的氧离子导电性能,氧离子电导率会随温度的升高而增大,电导率的对数与温度的倒数近似于呈线性关系,在748 K温度时,其氧离子电导率为1. 2×10~(-6)S/cm,进而根据Arrhenius关系计算得到氧离子的扩散激活能为0. 92 e V。通过与结构类似的Na_(0.525)Bi_(0.475)ZrO_(2.975)材料性能的比较分析,较大的Zr~(4+)半径和较强的Zr—O键直接导致在相同氧空位浓度Na_(0.525)Bi_(0.475)ZrO_(2.975)材料中较高的氧离子扩散激活能和较低的氧离子电导率。     

氧离子导体La2Mo2-yGayO9-δ的结构和导电性能研究

采用固相反应法合成了氧离子导体La2Mo2-yGayO9-δ(y = 0,0.1,0.2,0.3),通过XRD、DSC和交流阻抗谱等手段对氧离子导体进行了结构和导电性能分析.结果表明,Ga3+在La2Mo2O9中的最大固溶度(摩尔百分数)小于15%,且不能抑制纯La2Mo2O9的α/β相转变,同时 La2Mo2-yGayO9-δ(y = 0.1,0.2)的电导率比纯La2Mo2O9有所提高.     

氧离子导体La2Mo2-yNbyO9-δ结构和导电性能研究

采用固相反应法合成了氧离子导体La2Mo2-yNbyO9-δ(y=0,0.1,0.2,0.3),通过XRD和介电测量对氧离子导体进行结构和导电性能分析,结果表明,Nb5+在La2Mo2O9中的固溶度小于0.15 mol,且不能抑制纯La2Mo2O9的α/β相转变,同时La2Mo2-yNbyO9-δ(y=0.1,0.2)的电导率比纯La2Mo2O9略有提高,但提高的幅度不大,原因可能是Nb5+的离子半径与Mo6+相当,并且氧化状态也差别不大,因此并没有引入较多的氧空位,从而使得固溶度和电导率增加的幅度不大.     

（SrCo0．8Fe0．2O3-δ）0．9（SrZrO3）0．1中空纤和氧分离性能研究维膜制备

采用相转化法制备了SrCo0．8Fe0．2O3-δ-SrZrO3（10mol％）双相复合中空纤维陶瓷膜．所制得的纤维膜的壁厚为0．25mm,外径为1．70mm．为建立氧渗透所需的氧分压梯度,将膜的外壁暴露在空气中,内壁采用高纯氦气吹扫．在950℃时,采用30ml／min氦气吹扫,测得氧渗透速率为1．42ml·cm^-2·min^-1．氧渗透速率随温度而升高,在850-950℃范围内的表观活化能为35．3±1．6kJ／moL.随着吹扫气流量的增加,膜管内的氧分压下降,氧渗透速率提高．采用活塞式流动模型和Wagner氧渗透理论模拟了纤维膜的氧渗透过程,模拟结果与实测数据符合较好．     

g-C3N4/Bi2O3复合型催化剂的制备及光催化性能研究

采用碾磨-焙烧法制备得到了g-C3N4/Bi2O3复合型催化剂.利用XRD、SEM、FT-IR、XPS、DRS及PL对所得样品进行了表征.以甲基橙溶液为模拟有机污染物,考察了g-C3N4/Bi2O3复合型催化剂的可见光催化性能.结果表明,复合结构的g-C3N4/Bi2O3催化剂光谱响应范围拓宽至可见光区域,且g-C3N4/Bi2O3复合型催化剂的催化性能均明显优于单组分.其中,50 wt% g-C3N4/Bi2O3复合物对甲基橙可见光降解性能最佳.催化活性提升的主要原因是复合结构的形成有效促进了光生电子与空穴对的分离.此外,活性物种捕获实验结果表明,光生空穴(h＋)及超氧自由基(·O)为该光催化反应过程中的主要活性物种.     

电沉积-热解法制备的Al_2O_3薄膜的抗高温氧化性能研究

采用电沉积-热解法在304不锈钢表面沉积了Al2O3薄膜,研究了电解液浓度、电沉积电压对Al2O3薄膜900℃抗高温氧化性能的影响。表面宏观形貌、XRD分析、氧化增重和氧化膜剥落动力学曲线结果表明电沉积-热解法制备的Al2O3薄膜降低了氧化初期基体表面的氧分压,促进了选择氧化的发生,因此显著提高了304不锈钢的抗高温氧化性能。在电沉积电压为25V、硝酸铝酒精浓度为0.10mol/L条件下制备的Al2O3薄膜抗高温氧化性能最佳。     

金属钼表面MoSi2/Si3N4涂层的氧化性能研究

在金属钼表面分别制备了MoSi2涂层和MoSi2/Si3N4涂层,利用SEM和XRD分析研究了涂层的微观结构和物相组成,并比较了涂层在1 450℃大气环境下的抗氧化性能.结果表明:两种涂层与基体结合好且均匀致密;MoSi2涂层钼氧化16 h后出现贯穿裂纹,破坏了SiO2保护膜的连续性,导致涂层失效;Si3N4相的引入可明显改善MoSi2基涂层钼的高温抗氧化性,其抗氧化时间达76 h.     

Al3+掺杂LiMn2O4的制备及高温循环性能研究

采用沉淀法合成LiMn_2-xAl_xO₄（x=0.01,0.05,0.10,0.20）,pH的范围为10.5～10.6,搅拌速度为350 r/min,水浴温度为55℃,分两次烧结.首次煅烧温度为680℃,保温时间为18 h;第二次煅烧温度为850℃,保温时间为18 h.利用X射线衍射、扫描电子显微镜和电化学方法测试最终产物.测试结果表明：Al³⁺的掺入有效地改善了LiMn₂O₄的高温循环性能,使其高温循环容量衰减得到了有效的抑制,尤其当Al³⁺的掺入量为0.05时,有比其他掺杂量更优的性能.     

(SrCo0.8Fe0.2O3-δ)0.9(SrZrO3)0.1中空纤维膜制备和氧分离性能研究

采用相转化法制备了SrCo0.8Fe0.2O3-δ-SrZrO3(10 mol%)双相复合中空纤维陶瓷膜.所制得的纤维膜的壁厚为0.25 mm,外径为1.70mm.为建立氧渗透所需的氧分压梯度,将膜的外壁暴露在空气中,内壁采用高纯氦气吹扫.在950℃时,采用30 ml/min氦气吹扫,测得氧渗透速率为1.42 ml·cm-1·min-1.氧渗透速率随温度而升高,在850～950℃范围内的表观活化能为35.3±1.6 kJ/mol.随着吹扫气流量的增加,膜管内的氧分压下降,氧渗透速率提高.采用活塞式流动模型和Wagner氧渗透理论模拟了纤维膜的氧渗透过程,模拟结果与实测数据符合较好.     

Na2ZnSiO4的微波合成及离子导电性质的研究

报道了Na2ZnSiO4纯相的微波固相合成，讨论了合成条件对产物的影响，测定了它的电导率，其导电活化能为83．4KJ／mol。     

锰酸锂合成的动力学研究(Ⅰ)──氧气气氛

用热分析仪测试不同升温速率下,氢氧化锂和二氧化锰在氧气气氛中的差热分析曲线,结合DoyleOzawa法和Kissinger法研究锰酸锂合成的动力学;计算各反应阶段的表观活化能,依次为59462kJ·mol-1,92672kJ·mol-1,163271kJ·mol-1和107524kJ·mol-1·并确定反应级数,频率因子,速率常数,推导出每个反应阶段的动力学方程·为制备尖晶石型锰酸锂提供理论依据,进一步优化工艺条件·     

ZrO_2－Tb_2O_（3．5）－Y_2O_3氧化物体系的混合导电性和氧渗透

以电化学方法研究了ＺｒＯ２－Ｔｂ２Ｏ３．５－Ｙ２Ｏ３复合氧化物体系的混合电导和氧渗透性，并从固体缺陷化学的角度进行了讨论．结果表明，在所研究的组成范围内（Ｔｂ含量高达５０ｍｏｌ％），试样皆为面心立方萤石结构，其晶格常数随Ｔｂ含量增多而线性增大．Ｔｂ元素的变价及其随温度和组成的依赖关系决定了体系的混合电导性质．Ｔｂ含量的增多导致电子电导的增大，而Ｙ的掺入对其电性质的改善不明显．氧渗透性决定于材料电子电导和离子电导的综合作用，氧渗透通量较ＺｒＯ２－Ｙ２Ｏ３体系提高了１～２个量级．氧渗透过程机制遵循氧离子和电子空穴通过材料膜的体扩散为控制步骤这一模型．     

复合纳米材料Bi_2O_3-TiO_2的制备与表征

采用均匀沉淀法,以硫酸钛为前驱体,制备了Bi2O3-TiO2复合纳米粉体材料,利用XPS、XRD、UV-Vis等现代化技术手段对复合纳米材料的结构和性质进行了表征。研究结果表明,TiO2的加入阻碍了Bi2O3晶粒的生长,导致复合纳米材料粒径的减小;而光生电子产生于Bi2O3并迁移到TiO2表面,所需的激发光频率变低,从而使复合纳米材料的吸光波长向可见光区域扩展。     

Investigation of novel zirconium based perovskite-type mixed conducting membranes for oxygen separation

A series of BaZr_0.2Co_0.8-xFe_xO_3-δ materials for oxygen separation were synthesized through a citric and EDTA acid combined complexing method, and their crystal structures, oxygen permeabilities, sintering and sealing abilities were investigated. The results showed that the cubic perovskite structure was formed for materials in the composition range investigated. Oxygen permeation flux and stability, as well as sintering and sealing abilities of the synthesized materials were increased or improved apparently due to the introduction of zirconium. For example, the oxygen permeation flux reached 0.8 mL/min·cm² when x = 0.2 or 0.3 at 950℃, and a stable time-related oxygen permeation flux was found for the BaZr_0.2Co_0.3Fe_0.5O_3-δ membrane at 800℃.     

钛等离子渗氧研究

为了提高钛表面硬度和耐磨性,采用辉光放电等离子渗氧技术对钛进行表面处理.结果表明,渗氧层厚度与氧分压、温度和时间呈明显的对应关系.特别是,在空心阴极辉光放电条件下,离子轰击会加强氧的离子化,促进渗氧,有助于低价态氧化物的形成.在表层所形成的TiO其硬度达到或接近TiN的硬度水平.     

共沉淀法和聚丙烯酰胺凝胶法制备锆掺杂改性Bi_2O_3的比较研究

以硝酸铋和硝酸锆为起始原料,分别采用共沉淀法和聚丙烯酰胺凝胶法制备系列锆掺杂改性Bi2O3的混合氧化物Bi2-xZrxO3+x/2(x=0～1.0)。采用XRD,FTIR和SEM对样品的结构及微观形貌进行分析。研究结果表明:于650℃焙烧处理后,由以上2种方法制备的纯Bi2O3的主晶相均为单斜晶型α-Bi2O3,其中采用聚丙烯酰胺凝胶法及乙二醇和水混合溶剂反序滴定共沉淀法可制备出纯度较高的单斜相α-Bi2O3。锆掺杂改性制备的系列混合氧化物中,当ZrO2掺杂量(摩尔分数)为10%(x=0.2)时,反序滴定共沉淀法能实现均匀共沉淀,形成了组成为Bi1.8Zr0.2O3.1的类似立方相δ-Bi2O3的单一结构固溶体,顺序滴定共沉淀法会产生相分离,导致四方相Bi7.38Zr0.62O12.31固溶体的出现。然而,当采用聚丙烯酰胺凝胶法时,没有得到类似立方相δ-Bi2O3结构的固溶体,主相结构为单斜相α-Bi2O3以及混合部分四方相Bi7.38Zr0.62O12.31和立方相ZrO2。由此可见:采用反序滴定共沉淀法,在650℃低温及合适条件下,掺杂适量的ZrO2能稳定立方相结构的高温离子传导相δ-Bi2O3。     

Bi_2O_3纳米纤维的制备、表征及光催化性能

采用溶胶-凝胶过程和静电纺丝技术相结合的方法,以聚丙烯腈(PAN)和硝酸铋为前驱物,制备了PAN/Bi(NO3)3复合纤维,该复合纤维经高温煅烧得到了Bi2O3纳米纤维.利用X射线衍射、扫描电子显微镜、红外光谱、紫外可见漫反射光谱等测试技术对样品的结构与性能进行了表征.结果表明,Bi2O3纳米纤维为规则的一维结构,直径分布均匀,具有较强的紫外光吸收性能.以罗丹明B为模拟污染物,考察了Bi2O3纳米纤维的光催化性能.实验结果表明,煅烧温度为500℃时,光催化活性最佳,TOC去除率为48.7%.