Ce_(1-x)Ho_xO_(2-δ)(x=0.05～0.3)固体电解质的性能研究

利用溶胶-凝胶法合成固体电解质Ce1-xHoxO2-δ(x=0.05～0.30),采用X-射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱仪(Raman)、原子力显微镜(AFM)对样品的结构进行表征,利用交流阻抗谱测试掺杂稀土Ho对其电性能的影响.XRD结果表明:800℃焙烧的所有样品均为单相立方萤石结构,Raman光谱表明:Ce0.85Ho0.15O2-δ具有氧缺位的萤石结构,AFM照片显示Ce0.85Ho0.15O2-δ致密度较好,阻抗谱结果表明:掺入Ho3+提高了Ce1-xHoxO2-δ的电导率,Ce0.85Ho0.15O2-δ的电导率最高,活化能最小,600℃时的电导率为0.016 S·cm-1,活化能为0.92 eV,比未掺杂的CeO2的电导率提高了4个数量级.     

聚乙二醇/SiO2固体电解质膜的制备与表征

溶胶-凝胶法制备了有机／无机杂化固体电解质膜。用扫描电镜、热重等测试手段对其进行表征。结果表明，正硅酸乙酯水解速率的快慢会影响膜的微观结构。无机SiO2粒子提高了固体电解质膜的耐热性能。离子电导率随着温度的升高而增加，温度升至403．15K时达到最大值；继续升高温度，离子电导率下降。     

喷雾热解法制备Ce_(0.8)Sm_(0.2)O_(1.9)粉末的研究

Ce0.8Sm0.2O1.9(SDC)是中温固体氧化物燃料电池(ITSOFC)的理想电解质材料。研究以Ce(Ac)3.5H2O和Sm(Ac)3为原料,采用喷雾热解法制备了SDC粉末。结果表明:Ce(Ac)3.5H2O和Sm(Ac)3分解后在350℃时反应生成了立方萤石相结构的SDC,其晶粒尺寸为10~13 nm。SDC粉末颗粒呈疏松空心球壳状,颗粒尺寸为0.5~3μm,球形颗粒的气孔率为66.5%。     

中温固体电解质(La0.95Sr0.05)0.2Ce0.8O2-δ的制备及电化学性能

利用溶胶凝胶-氏温燃烧法合成了(La0.95 Sr0.05)0.2 Ce0.8 O2-δ的粉体.采用XRD对其结构进行表征,结果表明,空气气氛下800℃煅烧5h制得的(La0.95Sr0.05)0.2Ce0.8O2-δ粉体为单一的立方萤石结构.不同烧结温度制备的电解质的SEM表明,在1 450℃即可制得致密的电解质.采用两端子交流阻抗谱法在400 ～800℃空气气氛中测量了电解质的电性能,电解质在600℃的电导率为0.019 S/cm.阳极支撑的单电池在中温范围具有较高的功率密度,650℃时达1.039 W/cm2.     

钙钛矿结构La_(1-x)Sr_xGa_(1-y)Mg_yO_(3-δ)电解质的制备及性能研究

采用改进固相法制备了钙钛矿结构La1-xSrxGa1-yMgyO3-δ固体电解质材料,对电解质的制备方法、物相组成、微观形貌及电导率进行了分析研究.借助XRD分析了样品中钙钛矿相的形成过程,用SEM分析了电解质颗粒的表面形貌;采用交流阻抗谱技术研究了实验所获得La1-xSrxGa1-yMgyO3-δ样品的电导率.XRD分析表明,在1 250℃烧结后,粉体开始形成钙钛矿结构,随着温度的升高,粉体中杂相含量越来越少,经1 450℃烧结后,形成了单一的钙钛矿结构相;SEM分析表明,合成电解质粉体的晶粒相对圆润,晶粒分布较均匀;交流阻抗谱检测表明,烧结样品具有稳定的离子电导性能.     

Mn含量对正极材料LiMn_xCo_(0.2)Ni_(0.8-x)O_2的结构与电化学性能的影响

通过共沉淀法合成了具有层状结构的锂离子电池正极材料LiMnxCo0.2-Ni0.8-xO2。采用XRD、XPS和恒流充放电等测试手段研究了Mn含量变化对正极材料LiMnxCo0.2Ni0.8-xO2的物理性质与电化学性能的影响。结果表明:Mn含量的增加会引起元素O和Ni的氧化态降低,使得Ni由+3价逐渐转变为+2价,而Mn的氧化态却始终保持+4价不变;尽管Mn含量的增加会使材料的充放电比容量有所降低,但是材料的结构稳定性和热稳定性会得到改善。XRD测试结果表明样品LiMnxCo0.2Ni0.8-xO2(0≤x≤0.5)都具有标准的-αNaFeO2层状结构。此外,从Mn含量的变化引起的样品晶胞参数的变化表明,当0≤x≤0.25时LiMnxCo0.2Ni0.8-xO2可能形成的是假固溶体,当Mn含量由0.3增加到0.5时形成的是真固溶体。     

掺杂铈基电解质Ce0.8Sm0.2-xYxO1.9的制备和性能

采用硝酸盐-柠檬酸法合成了Ce0.8Sm0.2-xYxO1.9（x=0,0.05,0.10,0.15,0.20）粉体材料,并用其制备电解质陶瓷片。对合成粉体的结构、形貌、颗粒大小、烧结性能及电解质陶瓷片的电导率和电导活化能等进行研究,测量了以其为电解质的SOFC单电池在不同工作温度下的开路电压、放电伏安特性。结果表明：在所制备的5种电解质材料中,Ce0.8Sm0.15Y0.05O1.9具有较高的电导率和较低的电导活化能,用其组装的SOFC单电池输出功率和短路电流密度最大,在700-800℃最大输出功率密度已经达到实用化的要求,这种Ce0.8Sm0.15Y0.05O1.9材料可作为中温氧化物燃料电池的电解质。     

硝酸盐-柠檬酸法制备Ce0.8 Sm0.2 O1.9及其性能研究

采用硝酸盐-柠檬酸法制备了Ce0.8Sm0.2O1.9(简称SDC)纳米粉体.XRD分析表明,不同温度下焙烧所合成的SDC均属于立方萤石结构,晶粒平均粒径在5.4~24.3nm,TEM结果显示SDC纳米粉成球形,晶粒尺寸分布均匀.粒度分布测试结果显示,此方法制备的SDC粉体活性较高,存在明显的团聚现象.TGA-DSC结果显示在400℃基本完成干凝胶的分解.800℃焙烧2 h的粉体的烧结曲线显示自641.1℃开始烧结收缩,在1 300℃烧结2 h坯体收缩11.7%.1 400℃烧结10 h的SDC固体电解质在600℃和800℃电导率分别为0.020 1和0.197 S.cm-1,离子导电活化能为104.2 kJ.mol-1,在氢气气氛下总电导率约为空气气氛的2倍.     

纳米粉末Zn_(0.2)Ca_(0.8)TiO_3:Pr的合成与表征

采用溶胶-凝胶法,以CaTiO3作为基质,掺杂Zn2+离子,合成了名义组成为Zn0.2Ca0.8TiO3:Pr的纳米粉末,通过XRD,TEM,发射光谱和激发光谱等测试手段来表征Zn0.2Ca0.8TiO3:Pr的结构,形貌和荧光性质.研究表明,Zn0.2Ca0.8TiO3:Pr为正方晶格结构,随着灼烧温度的升高,晶粒尺寸逐渐增大,由TEM照片可以看到粒子在高温时发生了明显的团聚现象.Zn0.2Ca0.8TiO3:Pr的发射峰值随着温度升高逐渐增强,在1 000℃时发射峰最强,发射主峰位于612 nm处.Zn0.2Ca0.8TiO3:Pr的激发光谱为一宽带谱,随温度升高逐渐分裂成两个激发峰,激发主峰分别位于261 nm和327 nm处,在1 000℃时激发峰值最强.余辉性能测试表明Zn0.2Ca0.8TiO3:Pr的余辉时间可达到100 ms.     

ZrO_2包覆对LiNi_(0.8)Co_(0.2)O_2结构和性能的影响

为提高锂离子电池正极材料LiNi_(0.8)Co_(0.2)O_2的综合电化学性能,采用高温固相法对其表面进行ZrO_2包覆。以X射线衍射、扫描电子显微镜、电化学阻抗和电化学充放电等方法对材料进行表征。结果显示,ZrO_2可均匀分布在LiNi_(0.8)Co_(0.2)O_2表面而不影响其晶体结构,但对电化学性能影响明显,即首次放电容量略有降低,由168.25 mAh/g降到157.43 mAh/g;1C、2C倍率性能有较大改善,循环性能的提高尤其突出,在100周循环内,LiNi_(0.8)Co_(0.2)O_2的容量保持率从90.68%提高到97.70%。其原因是:(1)包覆层有效避免了电解液与正极材料直接接触、抑制副反应的发生;(2)包覆过程中生成的Li_2ZrO_3提高了材料的离子导电性。该研究结果为改善锂离子电池正极材料综合电化学性能提供了简便、有效的方法。     

稀土Ce掺杂纳米TiO_2的制备及其光催化性能研究

以Ce2O3前驱体,通过溶胶—凝胶法制备一系列Ce3+/TiO2纳米微粒,对样品进行了XRD、DRS表征及吸附和光催化性能测试.结果表明,试验制备Ce3+/TiO2催化剂为锐钛矿TiO2,随Ce3+掺杂量增加,晶面衍射峰强度减弱,说明Ce3+掺杂掺杂有利于提高晶体的热稳定性,阻碍晶粒生长;Ce3+-TiO2的光吸收带边往长波方向移动(红移),意味着可能被可见光激发.吸附和光催化活性试验表明,Ce3+/TiO2催化剂吸附能力超强,阻碍光的利用率,不利于提高二氧化钛光催化降解甲基橙.     

固体超强酸SO_4~(2-)/TiO_2的制备及其在季戊四醇酯化反应中的催化性能

采用溶胶-凝胶法制备SO42-/TiO2固体超强酸,以异辛酸与季戊四醇的酯化反应为探针反应,考察浸渍液种类及浓度、焙烧温度对固体超强酸催化性能的影响。用流动指示剂法测定催化剂的酸强度,并采用原位吡啶吸附的IR谱图对催化剂进行表征。结果表明,在H2SO4浸渍液浓度为1.0 mol.L-1、500℃下焙烧3 h制备的SO42-/TiO2催化剂活性最好,酯化率可达到85.0%。     

固体超强酸SO2-4/TiO2的制备及其在季戊四醇酯化反应中的催化性能

采用溶胶一凝胶法制备SO2-/TiO2固体超强酸,以异辛酸与季戊四醇的酯化反应为探针反应,考察浸渍液种类及浓度、焙烧温度对固体超强酸催化性能的影响.用流动指示剂法测定催化剂的酸强度,并采用原位吡啶吸附的IR谱图对催化剂进行表征.结果表明,在H2SO4浸渍液浓度为1.0 mol·L-1、500℃下焙烧3 h制备的SO2-4/TiO2催化剂活性最好,酯化率可达到85.0%.     

柠檬酸与金属离子的摩尔比对溶胶-凝胶法合成NiO／Ce_(0．8)Gd_(0．2)O_(1．9)复合纳米粉的影响

采用柠檬酸／硝酸盐溶胶-凝胶法合成了NiO／Ce0．8Gd0.2O1．9两相复合纳米粉。用TEM 和XRD等测试手段对所获粉体进行了观察和分析,结果表明,采用该方法可以制备出均匀细致的两相复合纳米粉体。对反应过程和所获产物粉体的分析表明,所用原料中柠檬酸与金属离子的摩尔比(MRCM)对于形成均匀细粉起着关键的作用,当MRCM为1．5时,获得了晶粒尺寸为13-18 nm、成分分布均匀的NiO／Ce0．8Gd0.2O1.9两相复合超细粉。     

稀土发光材料Mg_(0.2)Ca_(0.8)TiO_3:Pr的合成与表征

应用溶胶凝胶法制备了不同Pr3+摩尔浓度下的Mg0.2Ca0.8TiO3:Pr纳米粉体,并通过XRD,TG,TEM,发射光谱和激发光谱等测试手段来表征Mg0.2Ca0.8TiO3:Pr的结构、形貌和荧光性质.X射线衍射结果表明:样品为正方晶格结构,其晶粒尺寸随着热处理温度的提高而逐渐增大,Pr离子浓度的提高不会影响晶体结构.发射光谱与激发光谱的强度都随着温度的升高而增强,而Pr3+摩尔浓度的提高对发射光谱和激发光谱的影响不大.余辉性能测试表明Mg0.2Ca0.8TiO3:Pr的余辉时间可达30 ms.     

(Ba 0.8Sr 0.2) 1-1.5x BixTiO3陶瓷的弥散相变和高温介电异常研究

采用传统固相法制备(Ba _0.8Sr _0.2) _1-1.5x Bi_xTiO₃ (x= 0.02,0.05,0.15,缩写为BSBT)陶瓷.在空气条件下1 473 K 保温2 h退火制得,并对陶瓷样品的结构、微观形貌和介电性能进行了测试.其中,在介电研究中不仅出现了弥散的相变,并且在高温区域观察到了弥散型的介电异常.根据居里-外斯定律的拟合结果,在样品x=0.05的BSBT陶瓷样品中出现相对较强的一个弥散相变.此外,通过阻抗分析,不仅表征了BSBT陶瓷的晶界电阻,还由此算出陶瓷样品的活化能和电导活化能.极化原理表明BSBT陶瓷的高温弛豫与氧空位引起离子的跳跃有关.而对于样品的高温介电异常,此处认为是一种介电弛豫行为,主要由弛豫强度变化所致.     

溶胶-凝胶法合成Gd2O3:Eu纳米晶及荧光性质的研究

采用溶胶-凝胶法合成了Gd2O3:Eu纳米晶.利用X射线衍射,热重及差热分析和荧光光谱等测试手段对Gd2O3:Eu的结晶过程、发光性质进行了研究.XRD结果表明,合成的样品在550℃开始结晶,晶粒随着温度的升高而长大,发光光谱测试表明,宽的主激发峰是由Eu3 电荷迁移态吸收与Gd3 离子的的激发峰重叠而成,主发射峰为610nm,它们的强度随烧结温度的提高而增强.     

新型复合电解质PEO-LiClO4-Cex Ti（1-x）O2的制备与性能研究

以PEO-LiC lO4为基质材料,以CeO2和TiO2作为无机填料,采用原位复合法与溶液浇铸法相结合的方法制备了PEO-LiC lO4-CexTi1-xO2全固态复合聚合物电解质薄膜（CPE）.利用交流阻抗方法和差示扫描量热法对CPE的电导率、玻璃化转变温度和结晶度进行了研究.结果表明,添加不同粒径的纳米氧化物可在不同尺度上更加有效地破坏聚合物基体的结晶行为,增大离子传输所需的无定形区域,同时,降低了聚合物PEO的玻璃化转变温度和结晶度,并使其结晶度在较长时间内维持在较低水平,最终使离子电导率得到了明显提升.