凹凸棒石预处理对La_(0.8)Ce_(0.2)MnO_3/PG催化活性的影响研究

采用正交试验方法对影响凹凸棒石预处理的因素酸洗时间、盐酸浓度以及酸土比进行探究,确定凹凸棒石的最佳改性方案为:盐酸浓度3mol/L,酸土比1∶5,酸洗时间6h。以盐酸改性后的凹凸棒石(PG)为载体,共沉淀法制备催化剂La_(0.8)Ce_(0.2)MnO_3/PG,考察了其对甲苯催化氧化的性能。同时对催化剂进行了X射线衍射、比表面积与孔结构分析、透射电镜表征。结果显示:盐酸改性后的PG比表面积显著增大,杂质减少,负载活性组分后催化性能优良,起燃温度为240℃,完全转化温度为310℃。     

La1-xNdxB6单晶的制备及热电子发射性能

以LaB_6和NdB_6粉末为原料,采用区域熔炼法成功制备了大尺寸、高质量的多元稀土六硼化物La_(1-x)Nd_xB_6(x=0.1~0.3)单晶,并测试了该系列单晶(100)晶面的热电子发射性能。本实验制备的单晶长度大于40mm,直径大于4mm。单晶衍射、劳埃照片、晶面摇摆曲线、单晶断口扫描等检测结果表明单晶质量较高,热发射测试结果表明在1 873K、4 000V下,单晶零场电流发射密度随着Nd含量增加从6.01A/cm~2降为4.83A/cm~2,有效逸出功从2.88eV增大到2.95eV。     

基于Pr_(0.6)Sr_(0.4)Co_(0.2)Fe_(0.8)O_(3-δ)对称固体氧化物燃料电池的性能优化研究

采用柠檬酸-硝酸盐自蔓延燃烧法分别合成了Pr_(0.6)Sr_(0.4)Co_(0.2)Fe_(0.8)O_(3-δ)(PSCF)和Gd_(0.2)Ce_(0.8)O_(2-δ)(GDC)粉体,高温固相法合成La_(0.9)Sr_(0.1)Ga_(0.8)Mg_(0.2)O_(3-δ)(LSGM)电解质粉体。以LSGM为电解质,PSCF同时作为阴极和阳极,GDC作为功能层材料,构建了对称固体氧化物燃料电池PSCF│GDC│LSGM│GDC│PSCF。利用X射线衍射法研究材料的成相以及相互间的化学稳定性,交流阻抗法记录界面极化行为,用扫描电子显微镜观察电池的断面微结构,用自组装的测试系统评价电池输出性能。结果表明,合成的PSCF粉体呈立方钙钛矿结构,具有良好的氧化–还原可逆性。使用GDC功能层明显改善了氢气环境下PSCF与LSGM材料间的化学相容性以及电池的输出性能,800℃时,电极│电解质界面极化电阻从6.892?·cm~2下降到0.314?·cm~2;以加湿H_2(含体积分数3%的水蒸气)为燃料气,空气为氧化气时,单电池输出功率密度由269 m W/cm2增大至463 m W/cm~2。研究结果显示,PSCF是对称固体氧化物燃料电池良好的候选电极材料,GDC功能层对改善电池长期稳定性能具有潜在的应用价值。     

复合氧化物负载型钙钛矿催化燃烧甲苯的载体效应

以CeO_2-TiO_2复合氧化物为载体,La_(0.8)Ce_(0.2)MnO_3为活性组分制备了负载型钙钛矿催化剂。并以TiO_2、CeO_2负载钙钛矿作为对比,考察了催化剂的活性。La_(0.8)Ce_(0.2)MnO_3/CeO_2-TiO_2的催化活性最高,起燃温度和完全转化温度分别为140和255℃,通过采用XRD、BET、SEM、NH_3-TPD、H_2-TPR等手段,探讨了载体的结构性质与催化剂活性的关系。结果表明,催化剂的孔结构、表面酸性和还原性是影响催化剂活性的主要因素。Ce、Ti复合之后,CeO_2-TiO_2主要以CeTi固溶体的形式存在,比表面积和孔容较大,催化剂表面酸性明显增强,从而使得钙钛矿在CeO_2-TiO_2的表面均匀分散,有效地改善了La_(0.8)Ce_(0.2)MnO_3/CeO_2-TiO_2催化剂的氧化还原能力,使催化剂活性增强。     

悬浮区域熔炼法制备Ce1-xPrxB6单晶体及其热发射性能研究

以CeB₆和PrB₆粉末为原料, 采用放电等离子烧结结合悬浮区域熔炼法成功制备了晶体质量良好的多元稀土六硼化物Ce_1-xPr_xB₆(x=0.1、0.2、0.4)单晶体, 并系统研究了该系列单晶体(100)晶面热电子发射性能。结果表明: Ce_0.8Pr_0.2B₆单晶(100)晶面具有最好的热发射性能, 在1873 K, 最大电流发射密度达到66.07 A/cm², 比CeB₆单晶的电流发射密度提高约20%。此外, Ce_0.9Pr_0.1B₆、Ce_0.6Pr_0.4B₆单晶(100)晶面的热发射电流密度分别为65.81 A/cm²和65.31 A/cm²。Ce_0.8Pr_0.2B₆单晶(100)晶面的逸出功最低, 为2.61 eV, 其它单晶(100)晶面的逸出功在2.64~2.753 eV范围内。因此, Ce_1-xPr_xB₆多元稀土六硼化物单晶具有良好的发射性能和低的逸出功, 作为热阴极材料有很好的应用前景。     

低温水热合成制备Ce_(0.8)Sm_(0.2)O_(1.9)电解质粉体

采用水热合成方法制备了Ce_(0.8)Sm_(0.2)O_(1.9)电解质材料,水热合成的温度范围为120~180℃。使用X射线衍射、扫描电镜及交流阻抗谱技术,分别表征了电解质粉体及电解质粉体的烧结样品。研究发现,电解质粉体的晶粒尺寸在13 nm左右,在140℃合成的Ce_(0.8)Sm_(0.2)O_(1.9)粉体具有更好的烧结性能和更高的离子电导率。     

共压共烧法制备La_(0.8)Sr_(0.2)(Ga_(0.8)Mg_(0.2))_(0.1)Fe_(0.9)O_(3-δ)致密扩散障碍层极限电流型氧传感器

采用固相合成法制备了La_(0.8)Sr_(0.2)(Ga_(0.8)Mg_(0.2))_(0.1)Fe_(0.9)O_(3-δ)(LSGMF)混合导体和La_(0.8)Sr_(0.2)Ga_(0.8)Mg_(0.2)O_(3-δ)(LSGM)固体电解质,利用XRD、TGA、范德堡直流四探针法和热膨胀仪等对试样进行了分析。以LSGMF为致密扩散障碍层,以LSGM为氧泵层,采用共压共烧结法制备了极限电流型氧传感器,利用SEM和EDS对LSGMF/LSGM陶瓷体横截面的微观形貌和成分进行了分析。结果表明:LSGMF具有菱方钙钛矿结构(R-3c空间群),它在650℃失重速率最快,其电导率随温度的升高而增大;300~1000℃范围,LSGM与LSGMF的热膨胀系数分别为12.51×10~(–6)/℃和12.80×10~(–6)/℃。650~850℃范围,氧传感器具有良好的极限电流平台,lg I_L(极限电流I_L)与1000/T呈线性关系,LSGMF中氧离子的扩散激活能为0.4008 e V。800℃、0.3mol%x(O_2)21.0mol%时,极限电流IL与氧含量x(O_2)间的关系为:I_L(m A)=10.285x(O_2)(mol%),R=0.9982。LSGMF和LSGM结合牢固,未产生裂纹,EDS分析基本符合各化合物的化学计量比。     

快离子导体La_(0.8)Sr_(0.2)MnO_3包覆LiMn_2O_4正极材料的结构和电化学性能

为进一步提高动力电池正极材料锰酸锂(LiMn_2O_4)的循环稳定性,通过溶胶-凝胶法用快离子导体La_(0.8)Sr_(0.2)MnO_3作为包覆材料对LiMn_2O_4进行表面修饰,探讨了不同包覆量对复合材料电化学性能的影响。采用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电镜(FESEM)和透射电子显微镜(TEM)对样品的微观结构以及形貌进行表征。结果表明:La_(0.8)Sr_(0.2)MnO_3的包覆并没有改变LiMn_2O_4晶体结构及空间构型;相比纯的LiMn_2O_4样品,La_(0.8)Sr_(0.2)MnO_3包覆后的样品颗粒表面较为粗糙;涂层为薄膜状结构,均匀且完全包覆在LiMn_2O_4颗粒的表面。利用电化学测试方法测试其电化学性能,测试结果表明,当La_(0.8)Sr_(0.2)MnO_3包覆量为5%时,具有较好的电化学性能,首次放电比容量为127.4 m A·h/g(0.1 C),25℃循环400次后容量保持率为91.2%,55℃循环100次后容量保持率为91.1%;与未经表面修饰的样品相比,其首次放电比容量为119.1 m A·h/g(0.1 C),400次的容量保持率为61.9%,100次容量保持率为77.9%,La_(0.8)Sr_(0.2)MnO_3包覆后的样品的电化学性能尤其是循环性能得到明显的提高。     

Sm_(0.5)Sr_(0.5)CoO_(3-δ)-Ce_(0.8)Sm_(0.2)O_(1.9)复合阴极的制备及其电化学性能

采用固相反应法合成中温固体氧化物燃料电池的Sm_(0.5)Sr_(0.5)CoO_(3-δ)阴极粉末,经机械混合法制备出Sm_(0.5)Sr_(0.5)CoO_(3-δ)-Ce_(0.8)Sm_(0.2)O_(1.9)复合阴极粉末。研究了不同煅烧温度得到粉末的晶体结构,判断得出Sm_(0.5)Sr_(0.5)CoO_(3-δ)阴极粉末的最佳煅烧温度,表征了Sm_(0.5)Sr_(0.5)CoO_(3-δ)和Ce_(0.8)Sm_(0.2)O_(1.9)之间的化学相容性。通过电化学工作站对Sm_(0.5)Sr_(0.5)CoO_(3-δ)和Sm_(0.5)Sr_(0.5)CoO_(3-δ)-Ce_(0.8)Sm_(0.2)O_(1.9)的电化学性能进行了测试。结果表明:Sm_(0.5)Sr_(0.5)CoO_(3-δ)的最佳煅烧温度大约是1400℃,Sm_(0.5)Sr_(0.5)CoO_(3-δ)阴极和Ce_(0.8)Sm_(0.2)O_(1.9)电解质二者之间呈现出良好的化学相容性。Sm_(0.5)Sr_(0.5)CoO_(3-δ)-Ce_(0.8)Sm_(0.2)O_(1.9)粉末的中位径(D_(50))约是8.034μm。Ce_(0.8)Sm_(0.2)O_(1.9)电解质粉末的添加有效地降低了Sm_(0.5)Sr_(0.5)CoO_(3-δ)的极化电阻。与Sm_(0.5)Sr_(0.5)CoO_(3-δ)相比,Sm_(0.5)Sr_(0.5)CoO_(3-δ)-Ce_(0.8)Sm_(0.2)O_(1.9)复合阴极的单电池在700℃时具有更高的功率密度。     

Ba_(0.5)Sr_(0.5)Co_(0.8)Fe_(0.2)O_(3-δ)-Ce_(0.9)Gd_(0.1)O_(2-δ)中低温固体氧化物燃料电池复相阴极的研究

采用溶胶-凝胶法制备Ba_(0.5)Sr_(0.5)Co_(0.8)Fe_(0.2)O_(3–δ)(BSCF)粉体后,使用Ce_(0.9)Gd_(0.1)O_(2–δ)(GDC)溶胶包裹BSCF粉的方法制备疏松多孔的BSCF-x GDC(x=30wt%,40wt%,50wt%)复相阴极。通过X射线衍射仪、场发射扫描电镜和透射电镜对复相阴极的物相组成、单电池断面形貌及GDC对BSCF颗粒的包裹形貌进行表征。利用阻抗谱测试研究了复相阴极材料的电化学性能,讨论了掺入GDC量对阴极性能的影响。结果表明:通过GDC溶胶包裹BSCF粉体的制备方法改善了阴极的电化学性能,在同一温度下,BSCF-40GDC阴极的极化电阻最小,在650℃时阴极极化阻抗约为0.397?·cm~2;以BSCF-40GDC为阴极制备的单电池,以H_2+3%H_2O为燃料气、空气为氧化气体,650℃下电池的最大功率密度为0.514 W/cm~2,欧姆电阻为0.257?·cm~2,两极极化电阻为0.0588?·cm2。     

低逸出功Ce1-xGdxB6单晶体的制备及其热发射性能

以三元稀土硼化物Ce_1-xGd_xB₆为研究对象, 系统研究Gd掺杂对CeB₆阴极材料热发射性能的影响规律。采用放电等离子烧结结合光学区域熔炼法成功制备了高质量的Ce_1-xGd_xB₆(x=0~0.3)单晶体。借助360度Phi扫描单晶衍射仪对生长后的单晶进行了测试, 结果显示单晶质量良好。采用劳埃定向仪确定出(100)晶面, 并测试了该晶面在1673 K、1773 K、1873 K下的热电子发射电流密度。测试结果表明, Ce_0.9Gd_0.1B₆成分单晶体具有最优异的热发射性能, 在1873 K工作温度下, 4000 V电压条件下发射电流密度达到82.3 A/cm², 零场电流发射密度为24.70 A/cm², 平均有效逸出功为2.30 eV, 与相同条件下CeB₆单晶体热发射性能(热发射电流密度为78.2 A/cm², 零场电流发射密度为13.32 A/cm²)相比, 其具有更大的发射电流密度和更低的逸出功。因此, 采用该制备技术获得的Ce_1-xGd_xB₆单晶体具有良好的发射性能, 作为热阴极材料将会有更好的应用前景。     

中温固体氧化物燃料电池Nd_2NiO_(4+δ)-Ce_(0.8)Gd_(0.2)O_(2–δ)复合阴极性能研究

研究了Nd_2NiO_(4+δ)(NNO)-Ce_(0.8)Gd_(0.2)O_(2–δ)(CGO)复合化合物在中温固体氧化物燃料电池的性能,包括NNO-CGO复合阴极的烧结温度以及复合比例。采用流延法、丝网印刷法和高温烧结法相结合制备了尺寸为50 mm×50 mm的平板式NiO-YSZ阳极支撑SOFC。单电池是由Ni O-YSZ阳极支撑层、Ni O-YSZ阳极功能层、YSZ电解质层,CGO阻挡层,NNO-CGO复合阴极层以及La_(0.6)Sr_(0.4)CoO_(3–δ)(LSC)集流层共同组成。研究结果表明,当70NNO-30CGO复合阴极烧结温度为1000℃,单电池在800℃展现出最大功率密度385 mW/cm~2(0.7 V),欧姆阻抗、极化阻抗和面积比电阻分别为0.31、0.266和0.576?·cm~2。电化学阻抗分析结果表明,电荷转移阻抗是电池极化阻抗的主要来源。测试后电池截面的SEM观察结果显示电池各层之间均展现出良好的烧结结合。同时,与前期研究结果比较可以发现,具有相同复合阴极层的电池增加CGO阻挡层后功率密度下降,欧姆阻抗增加,但极化阻抗却降低。     

单相Bi_(0.95)La_(0.05)Fe_1-_xCo_xO_3陶瓷的多铁性能研究

利用高温高压技术制备了Bi_(0.95)La_(0.05)Fe_1-_xCo_xO_3(x=0,0.1,0.2)陶瓷样品。研究了La和Co共掺杂对BiFeO_3的物相结构及多铁性能的影响。结构分析表明,所有样品均为菱方钙钛矿结构,同时Co掺杂引起一定的结构畸变。Co掺杂导致Bi_(0.95)La_(0.05)FeO_3中空间调制的螺旋磁结构转变为共线的G型反铁磁结构,从而导致样品室温磁性能得到明显提高。样品中介电常数随着外加磁场的增加而增加,表明在Co掺杂Bi_(0.95)La_(0.05)FeO_3陶瓷中存在磁电耦合效应。在796 kA/m外加磁场及3k Hz频率下,Bi_(0.95)La_(0.05)Fe_(0.9)Co_(0.1)O_3和Bi_(0.95)La_(0.05)Fe(0.8)Co_(0.2)O_3的磁介电系数分别为1.61%和1.75%。     

La_(1-x)Y_xNi_(4.8)Mn_(0.2)合金的储氢性能

研究了元素Y(钇)对La_(1-x)Y_xNi_(4.8)Mn_(0.2)(x=0.6,0.7,0.8)合金储氢性能的影响,结果表明:La_(1-x)Y_xNi_(4.8)Mn_(0.2)合金为CaCu_5型六方结构;随着Y含量的增加,晶格参数a和晶胞体积V减小,而c几乎不变,c/a线性增大;随着Y含量的增加,合金的吸放氢平台压显著升高,吸氢量减少,吸放氢平台斜率S和滞后系数_f略有增加,滞后系数H_f与XRD(111)峰的半高宽(FWHM)值的变化有着很好的对应关系,抗粉化性能提高。当Y含量x=0.8时,合金的吸放氢动力学综合性能最好。     

La2Fe14B和Ce2Fe14B合金在快淬和热处理过程中相析出行为的比较

研究了溶体快淬三元La_2Fe_(14)B和Ce_2Fe_(14)B合金的相析出行为和磁性能,对不同快淬速度(10~50 m/s)和不同热处理温度下制备的样品进行了系统分析。结果表明,通过直接快淬,La_2Fe_(14)B合金中不能形成2∶14∶1硬磁相,而Ce_2Fe_(14)B合金可以获得2∶14∶1相。La_2Fe_(14)B合金在10m/s快淬时主要由La和α-Fe相组成,而Ce_2Fe_(14)B合金中2∶14∶1硬磁相在10m/s和20m/s快淬时析出。随着辊速的增加,非晶相逐渐增多并成为主相。在热处理过程中,La_2Fe_(14)B合金析出相以α-Fe和La相为主,并且高温下液态的富La相和α-Fe相可以共存;而Ce_2Fe_(14)B合金中先析出α-Fe,后析出2∶14∶1硬磁相,随后析出相长大。结果还表明,La_2Fe_(14)B比Ce_2Fe_(14)B有更高的非晶居里温度和更低的α-Fe相析出温度。由于硬磁相的析出,Ce_2Fe_(14)B合金可以获得较好的硬磁性能,包括一定的矫顽力。此研究对含La、Ce稀土永磁材料的生产具有一定的指导作用。     

Sr~(2+)掺杂及非化学计量LaFeO_3的溶剂热制备及光催化性能

利用简单的溶剂热法制备LaFeO_3、La_(0.8)Sr_(0.2)FeO_(3-δ)以及非化学计量的La_(0.8)Sr_(0.2)FeO_(3-δ)(x=0.97,1.03)纳米颗粒。采用XRD、TEM、UV-Vis、XPS等手段对样品的形貌和结构进行表征,以孔雀石绿(MG)光降解为模型反应,在最大吸收波长下(616.9nm)考察材料的光催化性能。结果表明:Sr~(2+)的掺入减小了晶粒尺寸,致使晶体产生晶格畸变并形成氧空位V··O,抑制电子-空穴重组,增大量子效率;掺入Sr~(2+)并改变非化学计量,使得催化剂在可见光区域有较强的光吸收,比表面积增大,其中(La_(0.8)Sr_(0.2))1.03FeO_(3-δ)的比表面积最大(20.164 4m2/g),可见光降解效率也最高(83.8%)。Sr~(2+)掺杂及非化学计量LaFeO_3的可见光催化活性均高于纯LaFeO_3。     

[100]、[110]、[111]CeB_6单晶区熔生长与热电子发射性能研究

结合放电等离子烧结技术和光学区熔法成功制备了CeB_6单晶,采用X射线劳埃定向系统对单晶的晶向进行分析并精密切割,获得了[100]、[110]、[111]取向的CeB_6单晶,重点对[100]CeB_6单晶的结构和晶体质量进行系统表征和分析,结果表明获得的[100]CeB_6单晶晶体质量高,完整性好,半高宽仅为0.24o。热电子发射性能测试结果表明,随着阴极温度从1773 K增加到1973 K,[100]、[110]、[111]单晶的最大发射电流密度分别增加了2.6、3.2、1.5倍。[100]CeB_6单晶具有最好的热发射性能,在阴极加热温度T=1973 K、外加电压4 kV时,最大发射电流密度达到64.77 A·cm~(–2),有效逸出功为2.821 eV,其最大发射电流密度值高于目前文献已报道水平。实验结果显示,实验制备得到的[100]CeB_6单晶的热电子发射性能非常优异,具有良好的应用前景。     

共沉淀法合成La_(0.9)Sr_(0.1)Ga_(0.8)Mg_(0.2)O_(3-δ)及其性质的研究

采用共沉淀法合成了具有钙钛矿结构的中温固体电解质La_(0.9)Sr_(0.1)Ga_(0.8)Mg_(0.2)O_(3-δ)(LSGM),并用DTA-TGA和X射线衍射仪分析了LSGM材料中钙钛矿相的形成过程,采用SEM、交流阻抗谱等检测技术对LSGM电解质的结构及性能进行了表征.XRD分析结果表明,1200℃烧结后,粉体开始形成钙钛矿结构,随温度的升高粉体中杂相含量越来越少,于1450℃时形成了单一的钙钛矿相结构.     

(Sm_(1-x)La_x)_2Ce_2O_7(0<x<1)固溶体的热物理性能

以La_2O_3、Sm_2O_3和CeO_2为原料,采用高温固相反应法制备了(Sm_(1-x)La_x)_2Ce_2O_7(0x1)系列固溶体。并对其相结构、显微组织、元素组成、热物理性能进行了研究。X射线衍射分析表明,所合成的(Sm_(1-x)La_x)_2Ce_2O_7(0x1)系列固溶体具有典型的单一缺陷萤石型结构。扫描电镜分析表明,其显微组织十分致密,相对致密度92%,且各元素摩尔比与其化学式比较接近。其热导率随着La_2O_3掺杂量的增加而降低,并明显低于Y_2O_3部分稳定ZrO_2的热导率。其在1 000℃时的热膨胀系数处于11.83×10~(-6)/K至12.86×10~(-6)/K之间,明显高于YSZ的9×10~(-6)/K。该系列固溶体良好的热物理性能,表明其有潜力用作新型热障涂层表面陶瓷层材料。     

La_(0.8)Ca_(0.2)Fe_(0.5)X_(0.5)O_3型氧化物的制备及其近红外发射率研究

利用固相反应法在1 300℃下合成La_(0.8)Ca_(0.2)Fe_(0.5)X_(0.5)O_3(X=Fe、Cu、Cr、Mn)氧化物,并对它们在近红外波段的发射率进行了研究和比较,通过XRD、XPS、FT-IR等对样品进行分析和表征。研究结果表明,合成的La_(0.8)Ca_(0.2)Fe_(0.5)X_(0.5)O_3型氧化物样品为单相正交晶系。掺杂后的试样较LaFeO_3在200~2 500nm近红外波段的发射率均提高60%以上,其中Ca-CrCa-CuCaCa-Mn不掺,可能是掺杂引入Fe~(4+)杂质能级增强了自由载流子浓度及其带隙之间的跃迁,不同元素掺杂引起Fe~(3+)Fe~(4+)的跃迁程度与氧空位的浓度存在差异,导致不同掺杂元素发射率不同。La_(0.8)Ca_(0.2)Fe_(0.5)X_(0.5)O_3型氧化物材料均具有优异的近红外辐射性能,能够在高温热工节能领域发挥作用。