溶胶—凝胶法制备La1—xSrxCoyFel—yO3—δ混合导体透氧膜粉料的研究

运用现代到试分析手段XRD、TEM和DTA等，对溶胶—凝胶法制备La1-xSrxCoyFel-yO3-δ混合型导体透氧膜粉料的工艺和性能进行了较详细的研究。实验结果表明：溶胶的pH＝6—8，脱水温度在80℃左右，干凝胶在950—1000℃下保温2小时焙烧，可获得遂氧性能较高的La1-xSrxCoyFel-yO3-δ粉料。     

烧结温度对La_(0.6)Sr_(0.4)Co_(0.2)Fe_(0.8)O_(3-δ)-Gd_(0.1)Ce_(0.9)O_(2-δ)双相复合透氧膜性能的影响

采用干压成型制备La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ-Gd0.1Ce0.9O2-δ(LSCF-GDC)双相复合透氧膜,通过X射线衍射、扫描电子显微镜以及透氧量测试等研究了不同烧结温度下材料相结构、微观形貌以及透氧性能。结果表明:LSCF和GDC两相化学相容性较好,在1 300℃条件下共烧后没有杂相生成;随着烧结温度的升高,LSCF-GDC的氧渗透量逐渐增加。在烧结温度为1 300℃、操作温度为900℃时,厚度0.67 mm的膜片氧渗透量为0.14 m L/(cm2·min);在烧结温度不高于1 300℃时,LSCF-GDC双相膜的氧渗透活化能随着烧结温度的升高而逐渐降低。     

掺Sb的SrFeO_(3-δ)在CO_2中化学稳定性的提高

在钙钛矿型混合导体氧化物中,SrFeO3-δ显示了很好的透氧率,但是在CO2的存在下它很容易受到腐蚀。在800℃下SrFeO3-δ在CO2中退火100 h后,SrFeO3-δ分解成SrCO3和SrFe12O19。然而,我们通过在Fe的位置掺杂Sb元素成功地提高了SrFeO3-δ的化学稳定性,并且研究了对Sb的掺杂浓度对SrFe1-x Sbx O3-δ(x=0-0.30)的结构及氧透过率的影响。在800℃时,吹扫气体由He切换成CO2后,SrFeO3-δ的透氧量会立即迅速降低,但是对于样品SrFe1-x Sbx O3-δ(x=0.05-0.20)氧渗透速率反而增加。这项工作表明,掺杂Sb实现了SrFeO3-δ更好的CO2耐受力。     

掺Sb的SrFeO3—6在CO2中化学稳定性的提高

在钙钛矿型混合导体氧化物中,SrFeO3-δ显示了很好的透氧率,但是在CO2的存在下它很容易受到腐蚀。在800℃下SrFeO3-δ在CO2中退火100h后,SrFeO3-δ分解成SrCO3和SrFeO3-δ。然而,我们通过在Fe的位置掺杂Sb元素成功地提高了SrFeO3-δ的化学稳定性,并且研究了对Sb的掺杂浓度对SrFe1-xSbxO3-δ（x=0～0．30）的结构及钒透过牢的影响。在800℃时,吹引气体由He切换成CO2后,SrFeO3-δ的透氰量会立即迅速降低,但是对于样品SrFe1-xSbxO3-δ（x=0．05—0．20）氧渗透速率反而增加。这项工作表明,掺杂Sb实现了SrFe1-xSbxO3-δ更好的CO2耐受力。     

溶胶-凝胶法合成SrFe0.7Cu0.3O3-δ混合导体透氧膜材料的研究

利用溶胶-凝胶法制备了SrFe0.7 Cu0.3O3-δ混合导体透氧膜材料粉体,采用TG-DSC、XRD进行分析表征,考察了不同制备条件下溶胶.凝胶的性质、所制备的粉体的物相组成.结果表明:溶胶在pH=4左右、脱水温度80℃、柠檬酸与总金属离子物质的量配比C/Mn+=2、干凝胶在900℃下焙烧保温5 h,可制得结晶度高、具有单一稳定钙钛矿结构的粉体.     

基于Ba-Ce-Co-Fe-O膜反应器的甲烷部分氧化反应研究

为开发稳定性和透氧量俱佳并适用于甲烷部分氧化反应(POM)的透氧膜材料,采用溶胶凝胶工艺合成了具有纯相钙钛矿结构的BaCe0.1Co0.4Fe0.5O3-δ混合导体陶瓷材料。POM操作结果表明:BaCe0.1Co0.4Fe0.5O3-δ膜反应器透氧量高于同类材料,875℃时透氧量达到了8.9 mL/(cm2.m in)。在1 000 h寿命实验中,膜反应器各项反应指标没有出现任何衰减,反应性能稳定,甲烷转化率和CO的选择性都在97%以上。SEM表征表明,反应后膜片表面微观结构的变化虽然不可避免,但是其仍然保持比较完整的结构。因此,该材料良好的透氧量和稳定性说明其具有较好的应用前景。     

复合掺杂氧化物La0．7Sr0．15Ca0．15C00．9Fe0．1O3-δ合成与电性能

采用共沉淀法、柠檬酸盐法、微波固相烧结法合成了La0．7Sr0．15Ca0．15C00．9Fe0．1O3-δ(简：LSCCF)复合氧化物。借助XRD和SEM对不同制备方法合成粉料的晶体结构和粒度形貌进行了研究。实验结果表明：三种方法均可制得单一钙钛矿结构的LSCCF氧化物。柠檬酸盐法制得粉料的粒度最小,微波烧结法制备的粉料的分散性最好。在空气气氛下使用直流四极探针法研究了LSCCF烧结样品从100℃到800℃时的电导率,发现该体系材料的导电机制符合p型小极化子绝热孔隙理论,当温度小于655℃,其电导率主要受指数形式控制且随温度增大而达到最大值;当温度大于655℃,其电导率由预指数因子决定且随着温度的升高而降低．在600℃-800℃：范围的电导率都超过了500s.cm^-1,满足中温固体氧化物燃料电池(ITsoFcs)阴极材料的要求。不同制备方法合成粉料的粒度、分散性和晶胞参数决定了电导率的大小,其影响次序为柠檬酸盐法＞微波烧结法＞共沉淀法。     

La2/3Sr1/3MnO3(La1.4Sr1.6Mn2O7)/Ce0.8Gd0.2O2-δ复合阴极的微观结构及热膨胀性能

采用固相反应法制备La2/3Sr1/3MnO3(LSMO3)粉体,用溶胶-凝胶法分别制备La1 4Sr1 6Mn2O7(LSMO7)和Ce0.8Gd0.2O2-δ(CGO)粉体.分别将LSMO3和LSMO7粉体与CGO粉体以1∶1的质量比均匀混合,在300MPa下冷等静压成型,并在1 500℃烧结2 h,制备了LSMO3/CGO和LSMO7/CGO复合阴极材料.研究了2种复合阴极材料的微观结构和热膨胀性能.结果表明:LSMO3/CGO与LSMO7/CGO烧结体在150～1 000℃温度范围内的平均线性热膨胀系数分别为1.52×10-5/K和1.53×10-5/K,与CGO固体电解质具有相近的热膨胀性能.烧结体断面形貌分析表明:LSMO3/CGO复合阴极具有与CGO相似的断面显微结构.     

钙钛矿型复合氧化物陶瓷膜的制备及其透氧性能

用低温燃烧法合成了La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ(LSCF)钙钛矿型复合氧化物电子一氧离子混合导体材料。采用微粉浆料相变纺丝技术制备了具有多孔层和致密层的管状中空非对称陶瓷膜。考察了温度以及吹扫气氦气流速对膜的透氧性能的影响。结果表明:当温度升高到700℃,氧通量显著增大;增加氦气流速也使透氧速率增大,但是当氦气流速增大到某一值时,透氧速率基本恒定。不同温度下达到最大透氧速率时的氦气流速不同。透过侧氧分压为1.7kPa、温度为900℃、平均厚度为0.45mm的LSCF管状中空膜的透氧速率达2.2×10-7mol/(cm2·s)。     

新型电解质材料La9.33Ge6O26的制备及性能

用柠檬酸和乙二醇做络合剂和燃料,硝酸盐做氧化剂,用氨水调节溶胶的pH值,通过溶胶-凝胶-自燃烧法合成了可用于固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell,SOFC)的新型固体电解质La9.33Ge6O26。通过对样品相关性能的研究发现:1150℃为较佳的烧结温度,此温度制备的La9.33Ge6O26具有高的离子电导率(σ800℃=2.6×10-2S/cm)、低的电导活化能(Ea=0.89eV)、适中的热膨胀性能(从室温到1000℃的热膨胀系数α=9.2×10-6K-1)和良好的化学相容性,与阴极材料La0.6Sr0.4Co0.8Fe0.2O3-δ一起高温煅烧(800℃)50h没有发生界面化学反应。     

钙钛矿型复合氧化物LaCrO_(3-δ)的结构稳定性

为了研究氧空穴对LaCrO_(3-δ)结构稳定性的影响,首先对La Cr O3结构中氧空穴的形成过程进行了分析,然后建立了不同氧空穴浓度下的LaCrO_(3-δ)(δ为0.125~0.875)结构,并采用基于密度泛函理论的第一性原理对氧空穴形成能和LaCrO_(3-δ)结构稳定性进行了研究。结果表明,LaCrO_(3-δ)的氧空穴形成能随着δ的升高不断增大,而结构稳定性也随之不断降低。此外,根据氧空穴形成能的相对大小,发现在最稳定的LaCrO_(3-δ)(δ为0.125~0.500)结构中,氧空穴都排布在CrO_2层。因此,LaCrO_(3-δ)结构的稳定性不仅与氧空穴浓度有关,而且与氧空穴的排布方式有关。     

以溶胶-自燃烧法合成PZT为基制备PMZN压电陶瓷

以硝酸锆为锆源,采用溶胶-自燃烧法在700℃的热处理温度下合成出具有单一钙钛矿结构的PZT粉料.采用溶胶-自燃烧法合成的PZT为基料,在1050℃制备出PMZN陶瓷.采用XRD,SEM研究了PMZN陶瓷的结构,并测量了其介电性能和压电性能.结果表明:PMZN陶瓷为四方钙钛矿结构,其主要电学性能指标为:Kp为0.54,Qm为1073,tgδ小于或等于0.001,ε33=1236,d33=454pC/N,f s为136.1kHz.与以常规固相反应法合成PZT为基料的PMZN陶瓷相比,以溶胶-自燃烧法合成PZT为基料的PMZN陶瓷的烧结温度较低,而且综合电学性能更为优良.     

SOFC阴极材料La_(0.7)Sr_(0.3)Fe_(0.7)Co_(0.2)Ni_(0.1)O_(3-δ)的制备与性能

采用溶胶-凝胶法、固相法制备La_(0. 7)Sr_(0. 3)Fe_(0. 7)Co_(0. 2)Ni_(0. 1)O_(3-δ)(LSFCN)中低温固体氧化物燃料电池阴极材料,通过热重-差热分析、X射线衍射、扫描电镜、直流四探针法、热膨胀系数、交流阻抗对材料的结构与性能进行研究。结果表明,2种方法制备的LSFCN均为单一的钙钛矿结构,并且与电解质SDC在950℃以下没发生化学反应,稳定性较好。溶胶-凝胶法制备的阴极粉体颗粒最小、形状规整、结晶度高。在测试温度400～800℃条件下,2种方法合成的阴极材料LSFCN是小极化子导电机制,电导率随着测试温度的升高而增大。溶胶-凝胶法制得的LSFCN的电导率均大于固相法,在800℃时最大达到619. 4S/cm。2种方法制备的LSFCN阴极样品与电解质SDC匹配性好。2种方法制备的LSFCN有利于氧在三相界面的传输,提高了材料的电化学性能。     

共沉淀和低温燃烧法制备Sr0.9Ce0.9Y0.1O3-δ陶瓷粉及性能

分别采用基于Pechini法的溶胶低温燃烧法和共沉淀法制备了Sr_(0.9)Ce_(0.9)Y_(0.1)O_(3-δ)(SCY)超细陶瓷粉。应用X射线衍射、扫描电镜、能量散射谱和激光粒度分析仪对陶瓷粉体的结构和组成进行了表征,并研究了两种方法制备的粉体的烧结性能。结果表明:用溶胶低温燃烧法制备的SCY粉体为近似球形、粒径小于50nm,粒度分布范围窄,在1250℃烧结致密;用共沉淀法制备的粉体具有钙钛矿结构,粒径小于0.25μm、粒度分布窄,在1300℃烧结致密。此外,SCY致密膜具有一定的透氢作用,850℃氢渗速率在2×10-3mL.cm-2.min-1左右。     

溶胶-凝胶燃烧法制备La_(0.6)Sr_(0.4)Co_(1-x)Mn_xO_3催化剂及其应用于苯的催化氧化

以丙烯酰胺辅助柠檬酸为络合试剂,采用溶胶-凝胶燃烧法制备La0.6Sr0.4Co1-xMnxO3催化剂(x=0.3、0.5、0.7)并与La Co O3进行比较,进行XRD、BET、SEM、XPS和苯的催化氧化性能和稳定性表征。结果表明,催化活性顺序为:La0.6Sr0.4Co0.7Mn0.3O3La0.6Sr0.4Co0.5Mn0.5O3La0.6Sr0.4Co0.3Mn0.7O3La Co O3。La0.6Sr0.4Co1-xMnxO3催化剂生成钙钛矿相的同时还伴生少量Sr CO3杂相。与La Co O3对比,La0.6Sr0.4Co1-xMnxO3催化剂拥有更大的比表面积、孔容和抗团聚性,具有更好的催化氧化活性。在La0.6Sr0.4Co1-xMnxO3(x=0.3、0.5、0.7)催化剂中,La0.6Sr0.4Co0.7Mn0.3O3催化剂比其他两种催化剂具有更高的钙钛矿相结晶度和更多的表面吸附氧与晶格氧,活性最高。78 h稳定性测试结果表明,La0.6Sr0.4Co0.7Mn0.3O3催化剂表现出良好的稳定性。     

溶胶-凝胶法制备有机-无机复合增透膜的性能

以甲基三甲氧硅烷（MTMS）和正硅酸乙酯（TEOS）作为有机和无机前驱体,盐酸作为催化剂,采用溶胶-凝胶法制备了有机-无机复合增透膜。研究了反应物配比对溶胶性能的影响,测试了薄膜的光学性能及力学性能。结果表明,随着酸含量的增加,溶胶粘度增加,凝胶时间减小,乙醇则相反。随着水量的不断增加,溶胶的粘度先增大后减小。薄膜具有良好的增透效果,玻璃的透过率提高3％-4％,而且抗划伤能力强。     

共沉淀和低温燃烧法制备Sr0.9Ce0.9V0.1O3-δ陶瓷粉及性能

分别采用基于Pechini法的溶胶低温燃烧法和共沉淀法制备了Sr0.9Ce0.9Y0.1O3-δ(SCY)超细陶瓷粉.应用X射线衍射、扫描电镜、能量散射谱和激光粒度分析仪对陶瓷粉体的结构和组成进行了表征,并研究了两种方法制备的粉体的烧结性能.结果表明用溶胶低温燃烧法制备的SCY粉体为近似球形、粒径小于50nm,粒度分布范围窄,在1250℃烧结致密;用共沉淀法制备的粉体具有钙钛矿结构,粒径小于0.25μm、粒度分布窄,在1300℃烧结致密.此外,SCY致密膜具有一定的透氢作用,850℃氢渗速率在2×10-3 mL·cm-2·min-1左右.     

中温固体氧化物燃料电池阴极材料Bi1-xCaxFeO3-δ的制备及其性能

开发具有优异电化学活性的阴极材料对中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFC)的应用至关重要.采用固相法制备无钴阴极材料Bi1-xCaxFeO3-δ(BCFx,x=0.1、0.2和0.3),通过该体系材料的物相结构、电导率、氧传输特性以及电化学性能研究表明,950℃时可以合成具有单相钙钛矿结构的Bi1-xCaxFeO3-δ...     

硬模板法制备中孔LaMnO_(3+δ)钙钛矿及其甲烷燃烧催化性能

利用三维有序结构SBA-15分子筛为硬模板剂,在其孔道内填充La~(3+)、Mn~(3+)柠檬酸络合物,经过焙烧并去除模板剂得到中孔结构的LaMnO_(3+δ)钙钛矿。采用低温氮气物理吸附、氧气-程序升温脱附(O2-TPD)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)对LaMnO_(3+δ)进行表征,考察了LaMnO_(3+δ)甲烷燃烧催化性能,并与溶胶-凝胶法制备的LaMnO_(3+δ)进行比较。结果表明,硬模板法制备的LaMnO_(3+δ)具有更高的比表面积(45.2m2/g),其甲烷起燃温度(T10)和半转化温度(T50)分别为318℃和480℃,而溶胶-凝胶法制备的LaMnO_(3+δ)的T10和T50分别为380℃和532℃。O2-TPD和XPS表征结果表明,硬模板法制备的LaMnO_(3+δ)存在更多的Mn4+和表面吸附氧物种,其非化学计量比氧更高,使得催化剂具有更好的活性。     

以无机盐为原料溶胶-凝胶工艺制备LaAlO3薄膜

以无机盐为原料 ,利用溶胶 -凝胶工艺在硅衬底上制备了LaAlO3薄膜。La(NO3) 3·6H2 O和Al(NO3) 3·6H2 O的冰醋酸溶液通过试剂交换形成金属醋酸盐的冰醋酸溶液 ,乙酸酐 (CH3CO) 2 O能除尽硝酸根和结晶水 ,乙酰丙酮 (AcAc)部分取代醋酸盐分子中的醋酸根形成的M(OAc) 3-x(AcAc) x 其部分水解形成M(AcAc) 3-x(OH) x。而M(AcAc) 3-x(OH) x 聚合并与甲纤维素 (MCL)形成线状结构使LaAlO3溶胶易于成膜 ,凝胶LaAlO3薄膜经过 65 0～ 75 0℃ ,30min退火形成立方钙钛矿结构。薄膜的折射率为 1.74～ 1.95 ,介电常数为 2 3～ 2 6,介电损耗(tanδ)在 2 .1× 10 - 4 ～ 2 .4× 10 - 4 之间