Sm2-xCexCuO4的制备及在电化学合成氨中的阴极电催化性能

用溶胶-凝胶法制备了Sm2-xCexCuO4（SCC,x=0,0.1,0.2,0.3）粉体,干压成片状并烧结为陶瓷,采用XRD、SEM等对SCC粉体和陶瓷片的物象、形貌进行了表征。以SCC陶瓷片为阴极、Nation膜为质子导体、Ni-Ce0.8Sm0.2O2-δ（Ni-SDC）陶瓷片为阳极,银-铂网为集流体组成单电池,以湿氢气和氮气为原料,在298-373K温度范围内研究了SCC在电化学合成氨中的性能。结果表明在研究的温度范围内和施加电压条件下,使用SCC为阴极均有氨气生成,其中Sm1.8Ce0.2CuO4电化学合成氨速率最高,在353K时合成氨速率为1.05×10^-8mol·s^-1·cm^-2。     

非化学配比对Mg_((1-3χ))Al_((2-2χ))O_4 尖晶石透明陶瓷显微结构的影响

本研究通过真空烧结和热等静压两步烧结制备了一系列的镁铝尖晶石透明陶瓷.我们利用XRD对粉体和陶瓷的物相成分进行了实验分析,并发现配比为0≤χ≤0.20 的Mg_((1-3χ))Al_((2-2χ))O_4 粉体具有单一的尖晶石成分.SEM 观察发现陶瓷主晶相边界上有利于增韧陶瓷的氧化铝晶粒.通过氧化铝颗粒的透过率和增韧效果的综合考虑,在较小的光损失条件下,采用配比χ为1.4的Mg_((1-3χ))Al_((2-2χ))O_4 粉体制备的陶瓷的显微结构将会最有利于陶瓷的强韧化.     

固体氧化物燃料电池电解质材料 Ce0.8Sm0.2-xCuxO1.9-δ的制备与性能研究

以硝酸铈、硝酸铜、硝酸钐为原料,柠檬酸为络合剂,采用溶胶-凝胶法制备了固体氧化物燃料电池(SOFCs)电解质材料Ce0.8 Sm0.2-x Cux O1.9-δ(x=0、0.02、0.04、0.08、0.12、0.16、0.20),并通过红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、交流阻抗(AC)等技术对样品进行了分析表征.结果表明,采用溶胶-凝胶法经600℃煅烧所得粉体呈现出单相的立方萤石结构,超细粉体Ce0.8 Sm0.2-x Cux O1.9-δ具有较高的烧结活性.经1500℃烧结3 h后得到的Ce0.8 Sm0.2-x Cux O1.9-δ系列电解质陶瓷,其相对密度均大于95％.电化学性能研究表明,Sm、Cu双掺杂可以提高CeO2基电解质的性能.其中,Ce0.8 Sm0.18 Cu0.02 O1.89电导率最大,在800℃时达到0.06 S/cm,活化能为0.33 eV.     

共沉淀还原扩散法制备Sm_2Fe_(17)N_x磁性材料

采用共沉淀法制备钐-铁复合氧化物,先用氢预还原,再用Ca还原,得到成分均一的Sm2Fe17合金,渗氮后得到Sm2Fe17Nx磁性材料.着重研究了共沉淀法制备Sm2Fe17合金的前驱物-钐-铁复合氧化物的最佳沉淀工艺,探索共沉淀还原扩散法合成Sm2Fe17合金的适宜温度及产物分离剂的选择.结果表明,以氨水为沉淀剂,反应温度为333 K,pH=8,陈化时间为18 h时共沉淀产物的Fe:Sm原子比最接近理论配比;以共沉淀法制备的复合氧化物为原料合成Sm2Fe17合金的温度为1273 K.EDTA浓度为0.03 mol/I.,时,Sm2Fe17合金产物分离效果最好;渗氮后的Sm2Fe17Nx磁粉性能为Br=0.83 T,Hcb=288.4 kA/m,,Hci=554.9 kA/m,(BH)max=58.4 kJ/m3.     

逆уCeO2/CuχCo1-χOδ催化剂的制备 及其CO催化氧化性能

以Cu(NO_3)_2·3H_2O、Co(NO_3)_2·6H_2O、Ce(NO_3)_3·6H_2O和(NH_4)_2CO_3为原料,采用共沉淀法-浸渍法结合的制备方式,制得逆负载型уCe O_2/Cu_χCo_(1–χ)O_δ催化剂(у=0、5%、15%、25%;χ=0～1.0;δ=1.0～1.4)。通过XRD、BET、H_2-TPR、XPS考察了Cu O和Co_3O_4质量比[m(Cu O)∶m(Co_3O_4)]、表面Ce O_2负载量(у)(以Cu_χCo_(1–χ)O_δ质量为基准,下同)对逆负载уCe O_2/Cu_χCo_(1–χ)O_δ催化剂催化氧化CO性能的影响。结果表明,15%Ce O_2/Cu_(0.2)Co_(0.8)O_δ[m(Cu O)∶m(Co_3O_4)=0.2∶0.8]催化剂催化性能最佳。常压下,当反应温度为75℃时,CO转化率可达100%。由于15%Ce O_2/Cu_(0.2)Co_(0.8)O_δ比表面积较大,两相界面较多,进而使得Ce O_2与Cu—O—Co固溶体相互作用较强,表面存在较多的氧空穴、Cu~+和Co~(3+),催化剂还原温度较低,催化活性较好。     

SmBaCo2O5+δ-Ce0.8Sm0.2O1.9复合阴极的热膨胀及电化学性能

采用甘氨酸-硝酸盐法(GNP)合成SmBaCo2O5+δ(SBCO)阴极材料和Ce0.8Sm0.2O1.9(SDC)电解质材料,制备不同比例的SBCO-SDC复合阴极,考察SDC含量对复合阴极的热膨胀、电导率和电化学性能的影响。结果表明,SBCO与SDC在1100℃混合煅烧未发生明显的化学反应,两者之间具有良好的化学相容性。SDC的加入可有效改善复合阴极的热膨胀性能,随着SDC含量的增加,SBCO-SDC复合阴极的热膨胀系数(TEC)逐渐减小,同时其电导率也逐渐下降。此外,SDC的加入导致SBCO-SDC复合阴极界面电阻(ASR)增加。当SDC含量为20%时,750℃测试的ASR为0.145Ω.cm2,500～800℃范围内电导率大于100 S.cm-1,满足IT-SOFC阴极材料的要求。     

Pr取代对Ba6-3xSm8+2xTi18O54微波介质陶瓷结构和介电性能的影响

以Ba6-3xSm8-2xTi18O54(x=2／3)微波介质陶瓷为基础，通过不同量的Pr取代实验，探讨Pr取代后对陶瓷的结构和介电性能影响。结果表明：在Pr取代Sm后，陶瓷的最佳烧结温度为1390℃。在Pr取代的范围内，取代后的陶瓷基本保持了以钨青铜结构的Ba6-3x(Sm1-yPry)8 2xTi18O54固溶体为主的相。并且发现材料的介电常数和介电损耗在Pr取代量为0.2mol时获得了最佳，分别为78．08和0．0001，频率温度系数由负向正变化。     

铬酸钾电解-结晶制备重铬酸钾的工艺

利用阳离子膜,以K2CrO4电解结晶制备K2Cr2O7,考察了电流密度、温度、阴极液KOH浓度、阳极液K2CrO4浓度等因素对转化率、电流效率和直流能耗的影响;研究了K2Cr2O7不同浓度、不同转化率下的结晶纯度和收率及搅拌速率、降温速率和晶种加入量等对晶体粒度分布和形貌的影响. 结果表明,最佳电解工艺条件为：电流密度0.2 A/cm2,电解温度80℃,阴极液KOH浓度50 g/L,阳极液K2CrO4浓度400 g/L. K2Cr2O7转化率大于90%时,结晶纯度不低于99.8%. 优化的结晶条件为：溶液初始K2Cr2O7浓度500 g/L,搅拌速率300 r/min,降温速率0.5℃/min,不添加晶种. 所得产品符合GB 28657-2012要求.     

Co_3O_4浸渍La_(0.6)Sr_(0.4)Co_(0.2)Fe_(0.8)O_3-Sm_(0.2)Ce_(0.8)O_(1.9)复合阴极的制备及电化学性能

分别以固相反应法和甘氨酸法合成La_(0.6)Sr_(0.4)Co_(0.2)Fe_(0.8)O_3(LSCF)阴极粉体和Sm_(0.2)Ce_(0.8)O_(1.9)(SDC)电解质粉体。机械混合后,经压制烧结得到多孔LSCF-SDC复合阴极,通过水热法对多孔LSCF-SDC阴极浸渍Co_3O_4。研究Co_3O_4浸渍后的复合阴极的微观形貌和电化学性能。实验结果表明,对多孔LSCF-SDC阴极浸渍含Co盐溶液,经700℃焙烧后,在阴极表面形成针状Co_3O_4颗粒。浸渍处理使700℃下LSCF-SDC复合阴极的界面阻抗由0.49Ω·cm~2降低至0.19Ω·cm~2,阴极的氧还原反应活化能由1.52 eV降低至1.03 eV。此外,Co_3O_4浸渍阴极使700℃下单电池的功率密度由180 mW·cm~(-2)提高至260 mW·cm~(-2)。实验结果揭示,通过Co_3O_4浸渍,可有效提高LSCF-SDC复合阴极和燃料电池的电化学性能。     

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.     

制备方法对Pr0.6Sr0.4FeO3-δ结构与性能的影响

采用甘氨酸-硝酸盐、Pechini、柠檬酸-硝酸盐以及尿素-硝酸盐等4种不同的湿化学方法,制备了Pr0.6Sr0.4FeO3-δ复合氧化物粉体.用X射线衍射分析了材料中钙钛矿物相的形成过程及其与中温电解质的化学相容性.用扫描电镜研究了样品的微结构.结果表明:不同方法得到的素坯经1 000℃煅烧2 h即形成钙钛矿结构的固溶体.Pechini法制备的非晶产物煅烧后钙钛矿物相的纯度最高.素坯经1200℃煅烧2 h,所得陶瓷体的总气孔率均为43%～49%;体积密度以柠檬酸-硝酸盐法粉体的样品最高,甘氨酸-硝酸盐法最低.在室温到800℃的温度范围内,Pechini法制备的陶瓷体的热膨胀系数为12.15×10-6/K,与电解质Sm0.2Ce0.8O1.9(SDC)及La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.2O3-δ(LSGM)的数值一致.X射线衍射揭示产物与中温电解质SDC及LSGM具有良好的化学相容性.     

制备方法对Pr0.6Sr0.4FeO结构与性能的影响

采用甘氨酸-硝酸盐、Pechini、柠檬酸-硝酸盐以及尿素-硝酸盐等4种不同的湿化学方法,制备了Pr0.6Sr0.4FeO3-δ复合氧化物粉体.用X射线衍射分析了材料中钙钛矿物相的形成过程及其与中温电解质的化学相容性.用扫描电镜研究了样品的微结构.结果表明不同方法得到的素坯经1 000℃煅烧2 h即形成钙钛矿结构的固溶体.Pechini法制备的非晶产物煅烧后钙钛矿物相的纯度最高.素坯经1200℃煅烧2 h,所得陶瓷体的总气孔率均为43%～49%;体积密度以柠檬酸-硝酸盐法粉体的样品最高,甘氨酸-硝酸盐法最低.在室温到800℃的温度范围内,Pechini法制备的陶瓷体的热膨胀系数为12.15×10-6/K,与电解质Sm0.2Ce0.8O1.9(SDC)及La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.2O3-δ(LSGM)的数值一致.X射线衍射揭示产物与中温电解质SDC及LSGM具有良好的化学相容性.     

钐掺杂BaZrO3电解质的制备与电学性能研究

通过高温固相法合成了BaZr_(1-)_xSm_xO_(3-)_δ(x=0.05, 0.1, 0.15, 0.2)电解质材料,并对材料的物相结构进行了XRD表征。分别在空气和4%H_2O/H_2中,温度范围为500～800℃下,通过电化学工作站测试了该电解质材料的电学性能。研究发现,稀土元素Sm的掺杂对BaZrO_3电解质材料的电学性能有重大影响,当Sm元素的掺杂量为0.15时,电解质的电导率达到最大值。结果表明,Sm的掺杂可以有效提高BaZrO_3电解质材料的电导率。     

均相法制备SnO_2-ZrO_2/ZST陶瓷及其Q值的研究

以ZrOCl2·8H2O和SnO2为原料,用均相共沉淀法制备纳米ZrO2包裹SnO2粉体(SnO2-ZrO2),再以SnO2-ZrO2粉体、SnO2、TiO2和ZrO2为原料,用固相法制备(Zr0.8Sn0.2)TiO4(ZST)陶瓷。TEM观察证明:SnO2-ZrO2粉体是纳米ZrO2包覆微米SnO2粉体。用该粉体制备的ZST陶瓷研究表明:SnO2-ZrO2粉体能降低ZST陶瓷烧结温度和改善介电性能。XRD和SEM分析表明,ZST陶瓷的主晶相是单相(Zr0.8Sn0.2)TiO4;用SnO2-ZrO2(Sn4+/Zr4+摩尔比为13.07∶1)取代SnO2的陶瓷显微结构呈现出发育良好的晶粒,分布均匀,气孔少。在烧结温度为1270℃时,得到了Q值为4390(10 GHz),εr为36.8,τf为-3.1×10-6/℃的微波介质陶瓷。     

LaBaCoFeO5+δ-Ce0.8Sm0.2O1.9复合阴极的电化学性能研究

采用固相反应法合成中温固体氧化物燃料电池的LaBaCoFeO5+δ阴极粉末,研究不同煅烧温度对晶体结构的影响.将等量的LaBaCoFeO5+δ和Ce0.8 Sm0.2 O1.9电解质粉末通过机械混合和煅烧制备成LaBaCoFeO5+δ-Ce0.8 Sm0.2 O1.9复合阴极粉末.研究了复合阴极粉末的化学相容性、粒度分布、热膨胀和电化学性能.结果表明,LaBaCoFeO5+δ固相反应的最佳温度为1200℃,LaBaCoFeO5+δ和Ce0.8 Sm0.2 O1.9之间没有发生明显的反应,复合阴极粉末的中位径D50为2.441μm.LaBaCoFeO5+δ-Ce0.8 Sm0.2 O1.9复合阴极比LaBaCoFeO5+δ阴极组成的单电池在800℃的极化电阻下降了约48.7％,而最大输出功率密度提高了约82.5％,表现出更好的电化学性能.     

La_(0.6)Sr_(0.4)Co_(0.2)Fe_(0.8)O_(3–δ)–Sm_(0.2)Ce_(0.8)O_(1.9)复合阴极的制备及性能表征

分别采用凝胶浇注法和甘氨酸–硝酸盐法制备La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3–δ(LSCF)粉体与Sm0.2Ce0.8O1.9(SDC)粉体,随后制备出不同比例的LSCF–SDC复合阴极。用X射线衍射分析粉体的化学稳定性,用扫描电子显微镜观察复合阴极的微观结构,在500～800℃范围内测量其热膨胀系数和电导率。采用丝网印刷法将LSCF–SDC涂覆在SDC电解质片上,在1100℃烧结4h。用交流阻抗法在600～800℃范围内测量不同成分的LSCF–SDC复合阴极和SDC电解质的交流阻抗谱。结果表明:LSCF和SDC粉体具有良好的化学相容性,烧结体具有多孔结构,LSCF–SDC复合阴极与SDC电解质可形成良好的接触界面。SDC的加入在降低阴极材料的热膨胀系数的同时还保持了其本身较高的电导率,在中温范围内,电导率达到500S/cm以上。复合阴极的极化电阻随着SDC的含量增加而减小,当SDC含量为30%时,复合阴极的极化电阻最小,在700℃空气中测试得到的界面电阻为0.32Ω·cm2。     

低温自燃烧法合成La2NiO4阴极材料及其性能

以柠檬酸-硝酸盐溶液为前驱体,采用低温自燃烧法合成了具有K2NiF4结构的中温固体氧化物燃料电池La2NiO4阴极材料.研究了影响溶胶和凝胶的形成以及La2NiO4粉体晶相结构的影响因素,确定了最佳的合成条件.研究结果表明:自燃烧产物经1000 ℃煅烧2 h后,形成了平均粒径约为90 nm的单一La2NiO4相.经1300 ℃烧结的La2NiO4在100～800 ℃范围内平均热膨胀系数为13.9×10-6 K-1,在600～800 ℃范围内测得的总电导率为84.5～96.3 S·cm-1.     

Sm2O3掺杂对纳米莫来石前驱粉体微观结构和烧结性能的影响

为了改善纳米莫来石粉体烧结性能,以硫酸铝和硅酸钠为主要合成原料,添加不同含量Sm2O3,采用共沉淀工艺制备莫来石前驱粉体,经过煅烧得到莫来石纳米粉体,研究了Sm2O3掺杂量对莫来石粉体微观结构和烧结性能的影响.研究表明:当Sm2O3的加入量为4wt%时,合成温度可由传统的1300 ℃左右降低至1000 ℃,晶粒尺寸约为39 nm,比表面积达到95.265 m2/g.说明适当掺杂Sm3+对于合成纳米莫来石具有改善微观结构,促进烧结,促进莫来石晶相形成的作用.     

Sm掺杂BaTiO3纳米粉体的制备与表征

以钛酸四丁酯与醋酸钡为钛酸钡前驱体,PEG为分散剂,硝酸钐为掺杂物种给体,采用溶胶-凝胶法制备改性的Sm掺杂BaTiO3纳米粉体。样品经X射线衍射(XRD)与差热-热重联用(DSC-TGA)的方法对其进行了表征。研究了煅烧温度与分散剂对BaTiO3粉体粒径与相的影响。结果表明:立方相在700～850℃生成,前驱体经950℃热处理制得后呈四方相BaTiO3。分散剂PEG可抑制BaTiO3晶粒增长;随煅烧温度升高,粉体粒径增大。适量Sm掺杂可以抑制杂质BaCO3相的形成。     

CuO-B2O3掺杂对Ba4Sm9.33Ti18O54陶瓷烧结性能及微波介电性能的影响

研究了CuO-B2O3助剂对Ba4Sm9.33Ti18O54陶瓷的烧结性能和介电性能的影响,结果表明:通过共添加CuO-B2O3助剂(CB),陶瓷的烧结温度可以从1350℃降低到1050℃左右,当CB添加量达到10％时,产生第二相Ba2Cu(BO3)2,研究了CB的添加,对介电性能的影响,当CB的添加量为1wt％时,有以下微波介电性能ε=62.7,Q·f=4 270 GHz,τf=-11.1 ppm/℃.