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 .     

BaCe0.8Y0.2O3-α固体电解质的离子导电性及其燃料电池性能

用高温固相反应合成了BaCe08Y02O3-α固体电解质,用氢浓差电池和氧浓差电池方法研究了它的离子导电特性.以该氧化物为固体电解质,多孔性Pt为电极材料,组成氢-空气燃料电池,测定了该燃料电池的电流-电压特性.研究发现,BaCe0.8Y0.2O3-α在氢气中几乎是一个纯的质子导体,在氧气中是一个氧离子和电子空穴的混合导体,其燃料电池的开路电压(OCV)接近于理论值,最大输出电流密度约为820mA@cm-2(1000℃),最大输出功率密度约为200mW@cm-2(1000℃),放电性能稳定,具有良好的电池性能.     

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.     

Ce0.8Gd0.2O1.9固体电解质膜的制备

以硝酸铈和氧化钆为前驱物,采用凝胶浇注工艺合成了钆掺杂氧化铈（Ce0.8Gd0.2O1.9,简称GDC）粉体。然后用流延工艺制备了GDC固体电解质薄膜,采用DTA－TG,XRD,TEM等方法研究了粉体的相形成,粒度等与合成工艺的关系,通过密度测定及显微组织观察等技术研究了流延生坯的烧结性能。借助交流阻抗谱仪对所制备的GDC电解质膜的电导率进行了测量。结果表明,采用本实验的凝胶浇注方法,在700℃温度下煅烧干凝胶,即可制备出纯度高,组成均匀,相结构完整,纳米粒度的GDC粉体。而且所得粉体具有较高的烧结活性,其流延生坯经1450℃烧结后的相对密度可达95％以上,所得GDC电解质膜在700℃空气中的氧离子电导率可达4.6S/m.     

Ln掺杂BiVO4(Ln=Eu、Gd、Er)光催化剂的制备和活性研究

采用水热合成法, 制备出Eu、Gd和Er掺杂的BiVO₄复合光催化剂,并采用X射线衍射、X射线光电子谱、扫描电子显微镜和紫外-可见漫反射光谱技术对其进行分析表征。通过可见光下降解水溶液中甲基橙分子来考察其光催化性能,结果显示掺杂的复合光催化剂活性都强于纯的BiVO₄,对掺杂复合光催化剂的催化活性增强机理进行了讨论和描述。     

系列Ln(Ⅲ)配位聚合物(Ln=Eu,Sm,Tb,Pr,Gd)的合成及其荧光分析

采用水热法合成了4个具有1D结构的Ln(Ⅲ)配位聚合物,[Eu₂(C₉H₇O₂)₆(C₉H₇O₂H)(C₂H₅OH)]n(1)、[Sm(C₉H₇O₂)₃]n(2)、[Tb(C₉H₇O₂)₃]n(3)和[Gd(C₉H₇O₂)₃]n(4)(C₉H₈O₂=肉桂酸)。 通过X射线单晶衍射确定了它们的结构。 这4个Ln(Ⅲ)配合物中,Ln(Ⅲ)的配位数均为9,桥配体均为肉桂酸根,但其配位方式有差异。 对配合物进行了IR、UV-Vis-NIR和荧光光谱等表征。 分析了各配合物的荧光发射,结果表明,在可见区,配合物1发射较明显的红光,配合物2、3发射绿光,配合物4发射蓝光,但很弱。 讨论了具有刚柔相混杂性质的肉桂酸配体对配位聚合物的构筑及稀土离子发光的影响。     

Ba_xCe_(0.8)Y_(0.2)O_(3-α)固体电解质的氧离子导电性

固体电解质是指固体状态下具有较高电导率的离子导体,根据其传导离子所带电荷分为阳离子导体(如:Na+,Li+,H+等)和阴离子导体(如:F-,Cl-,O2-等)。固体电解质与液体电解质不同之处为:(1)是固态;(2)电荷载流子通常只有一种;(3)由于晶格能较大,通常在较高温度下离子才能迁移。具有实用价值的固体电解质的电导率一般在10-3S·cm-1以上,同时要求其离子迁移数要足够大。至今,已发现和合成了上百种固体电解质材料。在加速研制绿色化学电源、寻找高离子电导率、高化学稳定性、低成本的固体氧化物燃料电池(SOFC)固体电解质的研究中,ABO3钙钛矿型…     

质子导体BaCe0.8Lu0.2O3-α的电性能

采用高温固相法制备了BaCe_0.8Lu_0.2O_3-α质子导体。运用X射线衍射仪（XRD）、扫描电镜（SEM）对该材料的物相结构、微观形貌进行了表征。在500~900℃温度范围内,应用交流阻抗谱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性和氢-空气燃料电池性能。结果表明,BaCe_0.8Lu_0.2O_3-α材料为单一斜方晶结构,具有良好的致密性。在500~900℃温度范围内,干燥或湿润的氮气、空气和氧气中,材料的电导率随着氧分压增大稍有增大。在湿润的氢气中,材料表现为纯的质子导电性。在以该材料为固体电解质的氢-空气燃料电池条件下,材料表现为质子、氧离子和电子的混合导电性,其中离子导电性始终占主导;氢-空气燃料电池在900℃下的最大输出功率密度为92.2mW·cm^-2,高于我们以前报道的BaCe_0.8RE_0.2O_3-α（RE=Pr,Eu,Ho,Er,等）材料。     

Fe2O3掺杂Ce0.8Nd0.2O1.9固体电解质的结构与导电性能

采用溶胶-凝胶法合成SiO2含量小于50×10-6的Ce0.8Nd0.2O1.9(NDC)陶瓷粉体,并将少量Fe2O3加入到NDC体系中,讨论Fe2O3的掺杂对其微观结构及电性能的影响。通过X射线衍射(XRD)等手段对氧化物进行结构表征,交流阻抗谱(AC)测试电性能。研究表明,Fe2O3的掺杂显著提高NDC陶瓷材料的致密度;相比于NDC而言,加入Fe2O3后材料的晶界电导率提高约12倍,总电导率提高约6倍。     

Ba_xCe_(0.8)Sm_(0.2)O_(3-α)固体电解质的离子导电性

用高温固相反应法合成了非化学计量组成的Ba1.03Ce0.8Sm0.2O3-α,Ba0.98Ce0.8Sm0.2O3-α固体电解质样品,作为比较,亦用高温固相反应法合成了化学计量组成的BaCe0.8Sm0.2O3-α固体电解质样品。用X射线衍射法对它们进行了晶体结构测定,分别用氢及氧浓差电池方法研究了它们在600～1000℃下的质子和氧离子导电特性。实验结果表明,这些样品均为钙钛矿型斜方晶单相结构,随着样品中的Ba2+离子含量的增多,样品的质子迁移数增大。这些样品在氧气氛中均为氧离子与电子空穴的混合导体,样品的Ba2+离子含量对样品的氧离子迁移数无明显影响。     

质子导体BaCe0.4Zr0.4M0.2O3-δ (M=In，Y，Gd，Sm)化学稳定性及电性能

采用高温固相法制备了不同阳离子掺杂的BaCe_0.4Zr_0.4M_0.2O_3-δ (M=In,Y,Gd,Sm)系列质子导体。运用X射线衍射仪、扫描电子显微镜分别对四类质子导体的物相结构、微观形貌进行了表征,应用IM6e型电化学工作站测定了其不同温度下的阻抗谱,并对样品在CO₂和沸水中的稳定性进行了研究。结果表明：除Sm³⁺掺杂的质子导体有少量的杂质相Sm₂O₃外,其他3种均为单相立方晶钙钛矿结构;对CO₂和沸水皆表现良好的化学稳定性;Y³⁺掺杂的质子导体具有高的电导率,800 ℃约为2.07×10^-2 S·cm^-1,空气气氛电导活化能为72.34 kJ·mol^-1。     

Ba1.03Ce0.8Dy0.2O3-α固体电解质的合成及其离子导电性

用高温固相反应法首次合成了非化学计量组成的Ba_1.03Ce_0.8Dy_0.2O_3-α固体电解质样品,对其进行了X-射线衍射晶体结构测定,该样品为钙钛矿型斜方晶单相结构。分别用气体浓差电池方法和氢泵(氢的电化学透过)方法研究了它在600～1000℃下的质子和氧离子导电特性,并与化学计量组成的BaCe_0.8Dy_0.2O_3-α固体电解质样品进行了比较。实验结果表明,Ba_1.03Ce_0.8Dy_0.2O_3-α的质子导电性优于BaCe_0.8Dy_0.2O_3-α。Ba_1.03Ce_0.8Dy_0.2O_3-α在600～1000℃下氢气氛中的质子迁移数约为1,几乎是一个纯质子导体,而BaCe_0.8Dy_0.2O_3-α在氢气氛中600～800℃下是一个纯质子导体,在高于800℃时是一个质子与电子的混合导体。这两个样品在氧气氛中均是氧离子与电子空穴的混合导体,具有几乎相同的氧离子迁移数。     

聚合物裂解法制备稀土铁氧体LnFeO_3(Ln=Pr,Sm,Eu,Gd)纳米晶

以丙烯酸和稀土离子为原料,经原位聚合裂解法合成聚合物前驱体[1Ln(Ln=Pr,Sm,Eu,Gd)];1Ln在空气氛中于500℃热解3 h制得4个稀土铁氧体纳米晶[Ln Fe O3(2Pr~2Gd)],其结构和形貌经FT-IR,TGA,XRD和SEM确证。     

系列Ln(Ⅲ)配位聚合物(Ln:Eu,Sm,Tb,Gd)的合成及其荧光分析

采用水热法合成了4个具有1D结构的Ln(Ⅲ)配位聚合物,[Eu2(C9H7O2)6(C9H7O2H)(C2H5OH)]n(1)、[Sm(C9H7O2)3]n(2)、[Tb(C9H7O2)3]n(3)和[Gd(C9H7O2)3]n(4)(C9H8O2=肉桂酸)。通过X射线单晶衍射确定了它们的结构。这4个Ln(Ⅲ)配合物中,Ln(Ⅲ)的配位数均为9,桥配体均为肉桂酸根,但其配位方式有差异。对配合物进行了IR、UV-Vis-NIR和荧光光谱等表征。分析了各配合物的荧光发射,结果表明,在可见区,配合物1发射较明显的红光,配合物2、3发射绿光,配合物4发射蓝光,但很弱。讨论了具有刚柔相混杂性质的肉桂酸配体对配位聚合物的构筑及稀土离子发光的影响。     

BaxCe0.8Y0.2O3-α固体电解质的氧离子导电性

Ba_xCe_0.8Y_0.2O_3-α(x=1.03，1，0.98) solid electrolyte samples show a single phase of orthorhombic perovskite of BaCeO₃. The oxide-ion conduction and transport number were detected in the temperature of 600～1000℃ by electrochemical oxygen permeation (oxygen pumping)， and compared with the results from the oxygen concentration cell. The relation between the ingredient of Ba and oxide-ion conduction was also researched. It was found that these electrolytes exhibited the mixed oxide-ionic and electronic hole conduction under the experimental temperature and oxygen gas. The oxide-ion transport numbers are 0.1～0.6， which are close to the results of the oxygen con-centration cell. They increase as the decrease of Ba content in the samples.     

固体电解质BaxCe0.8Ho0.2O3-α的导电性及其燃料电池性能

用高温固相反应法合成了BaxCe0.8Ho0.2O3-α(x=1.03,1,0.97)系列固体电解质,粉末XRD结果表明,各材料均为钙钛矿型斜方晶单相结构.用交流阻抗谱技术研究了材料在600-1000℃下、湿润氢气和湿润空气气氛中的导电性;研究了它们的氢-空气燃料电池性能:讨论了材料的非化学计量组成对其电性能的影响.结果表明,在600-1 000℃温度范围内、湿润氢气和湿润空气气氛中.该系列材料的电导率随温度和钡离子含量的变化均与以该系列材料为固体电解质的氢-空气燃料电池性能随温度和钡离子含量变化的次序一致,即:非化学计量组成材料BaxCe0.8Ho0.2O3-α(x=1.03,0.97)具有较化学计量组成材料BaxCe0.8Ho0.2O3-α(x=1)高的电导率和氢-空气燃料电池输出功率密度,其中BaxCe0.8Ho0.2O3-α有最高的电导率(1000℃时、在湿润的氢气气氛中:2.10×10-2 S·cm-1;在湿润的空气气氛中:3.46×10-2S·cm-1)和最大的氢-空气燃料电池输出功率密度(1 000℃时:122 mW·cm-2).     

中温固体氧化物燃料电池复合阴极材料LaBiMn2O6-Sm0.2Ce0.8O1.9的制备与电化学性质

采用甘氨酸燃烧法合成了LaBiMn_2O_6粉体,并与Sm_(0.2)Ce_(0.8)O_(1.9)均匀混合制备了LaBiMn_2O_6-Sm_(0.2)Ce_(0.8)O_(1.9)(LBM-SDC)复合阴极材料。利用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对材料的物相及微观形貌进行分析,结果表明LBM与SDC在1 000℃下有良好的化学稳定性。SDC的复合增加了氧离子传导路径,进而使氧还原反应(ORR)速度加快。电化学阻抗谱(EIS)测试结果表明,复合阴极极化电阻(Rp)随SDC复合量的增加呈现先降低后升高的趋势,当复合量为30%(w/w)时,阴极材料的性能最优。在700℃空气气氛下的极化电阻为0.186Ω·cm~2,相对LBM(0.717Ω·cm~2)减少74%。氧分压测试结果表明阴极反应的速率控制步骤为氧分子的吸附-解离过程。以复合阴极构筑的电解质支撑单电池Ni-SDC/SDC/LBM-30%SDC在700℃的最大输出功率密度为234 mW·cm~(-2),连续测试90 h输出功率衰减约4%。     

水热法合成ReMn2O5(Re=Gd，Sm，Yb)纳米粉体

本文采用水热法,以KMnO4和Mn(C2H3O2):为锰源,在250℃反应24 h合成了高各向异性的GdMn2O5、SmMn2O5和YbMn2O5纳米粉体.利用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、选区电子衍射(SAED)、和高分辨透射电镜(HRTEM)对产物的结构和形貌进行了表征.结果表明,所制备的ReMn2O5(Re=Gd,Sm,Yb)均为正交相结构.反应溶液中碱性矿化剂浓度对产物的形貌和尺寸有重要的影响.通过实验结果分析了纳米结构的形成机理.     

固-溶法制备中温固体氧化物燃料电池高性能La0.8Sr0.2MnO3-Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3阴极

研究了新型固溶法合成La_0.8Sr_0.2MnO₃（LSM）包覆Ba_0.5Sr_0.5Co_0.8Fe_0.2O₃（BSCF）复合粉体（LSM-BSCF）,并探讨了其作为中温固体氧化物燃料电池阴极材料的电化学性能。LSM-BSCF阴极结合了LSM和BSCF阴极的优点,不仅增大了三相界面,而且稳定了微观结构。当温度为600-750℃时,其极化阻抗为0.61-0.09 Ω·cm²。与溶液注入法制备的高性能电极相比,极大地提高了性能稳定性。     

MoO3和SiO2掺杂对Ce0.8Nd0.2O1.9固体电解质结构和导电性能的影响

采用溶胶-凝胶法合成高纯(<50 mg·kg-1 SiO2)Ce0.8Nd0.2O1.9(NDC)和SiO2含量为500 mg·kg-1的Ce0.8Nd0.2O1.9(NDCSi)体系,将1mol%MoO3分别加入到NDC和NDCSi体系,比较研究MoO3掺杂对体系微观结构和电性能的影响。通过X射线衍射(XRD)和场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)对材料进行表征,交流阻抗(AC)分析仪测试材料的电阻。结果表明:MoO3和SiO2的加入均没有破坏体系的立方莹石结构;MoO3掺杂能提高NDC和NDCSi陶瓷材料的致密度,提高其晶界电导率和总电导率;MoO3掺入NDC体系具有烧结助剂的作用,掺入NDCSi体系既具有烧结助剂的作用,又具有晶界改善剂的作用。