Sm2O3掺杂PbTiO3陶瓷的制备与电性能研究

采用溶胶-凝胶法制备了Sm2O3掺杂的PbTiO3陶瓷,并对其制备条件和电性能进行了研究.结果表明Sm2O3掺杂能够缩短凝胶形成时间,降低PbTiO3陶瓷烧结温度,改善烧结性能;Sm2O3掺杂PbTiO3陶瓷的电阻率均低于纯PbTiO3陶瓷,当掺杂量为0.003(n(Sm2O3)∶n(PbTiO3))时,电阻率最低,为5.8×108Ω*m;通过XPS分析,得到了Sm2O3掺杂PbTiO3陶瓷中各元素的结合能位置,表明Sm3+、Ti4+等都存在着不同程度的变价,导致了PbTiO3陶瓷导电性的提高.     

阴离子F掺杂SOFCs阴极La1?xSrxCo1?yFeyO3?δ的氧还原性能

固体氧化物燃料电池(SOFC)因其高效、清洁及便携性等优点被认为是当前最具应用前景的新能源技术之一。传统SOFC较高的工作温度（>800 ℃）限制了其商业推广,降低其工作温度成为当前研究的热点。钙钛矿阴极材料La_1?xSr_xCo_1?yFe_yO_3?δ(LSCF)因具有较高的电子离子混合导电性而成为中温SOFC阴极材料的较佳选择,同时实验证明F替代O位能有效提升SOFC稳定性。基于已有实验报道,本文采用第一性原理计算了F掺杂对LSCF电子结构影响、氧气分子在(100)表面吸附能的变化、阴极体内氧空位形成能及氧离子迁移活化能的影响。通过与未掺杂材料性能的比较,证明:适量F掺杂LSCF在有效提升阴极表面对氧气分子吸附能力同时能进一步提高体内氧离子迁移效率,从而提升阴极氧化还原反应能力。      

钇掺杂对Ce0.33Zr0.67O2储氧性能的影响

采用柠檬酸溶胶凝胶法制备了一系列钇掺杂的富锆铈锆复合氧化物Ce0.33YxZr0.67-xO2,并通过XRD,BET,OSC,XPS,in-situ CO-FTIR等测试,系统研究了钇掺杂后铈锆复合氧化物储放氧性能的变化规律及其影响因素。结果表明,钇离子能够进入铈锆晶格形成固溶体,并提高铈锆体系的结构热稳定性。对于新鲜样,钇掺杂可大幅提升Ce0.33Zr0.67O2材料的比表面积,提高单位质量铈锆材料的储氧能力;但老化后,钇掺杂样品的储氧性能随着掺杂量的增加而减小。通过XPS及原位红外吸附性能测试证实,钇在Ce0.33Zr0.67O2材料表面主要取代锆离子,其掺杂会降低样品的表面吸附能力,抑制铈的氧化还原反应,从而导致该体系储氧性能的下降。     

Sm2O3掺杂BSTN陶瓷的制备与介电性能

采用溶胶凝胶法制备了Sm3+掺杂(Ba,Sr)TiO3/(Ba,Sr)Nb2O6复相陶瓷,XRD衍射表明,样品由钙钛矿相和钨青铜相组成,无其他杂相生成。随着Sm3+掺杂量的增加,样品衍射峰向小角度方向移动,表明掺杂的Sm3+取代了体系中Nb5+及Ti4+。检测了样品的介电-温度性能,结果表明,随着Sm3+掺杂量的增加,样品的介电常数及介电损耗都有所降低,当Sm3+掺杂量达到0.004时,样品介电损耗最低,再增加Sm3+的掺杂量,样品的介电损耗又出现增加的趋势。可以得出,适量Sm3+的掺杂可以有效降低样品的介电损耗。     

铁掺杂对(Na0.5K0.5)NbO3无铅压电陶瓷性能的影响

采用传统陶瓷工艺对(Na0.5K0.5)NbO3进行了铁掺杂改性研究。使用SEM、XRD并结合常规性能测试手段对该体系的显微结构、压电性能进行了表征。研究结果表明:对于(Na0.5K0.5)NbO3无铅压电陶瓷,Fe的掺杂提高了致密性、使晶体颗粒长大、降低了介电性能。     

固体氧化物燃料电池La0.7Sr0.3Cr0.5Mn0.5O3-δ-SDC复合阳极性能研究

利用溶胶-凝胶法制备了La0.7Sr0.3Cr0.5Mn0.5O3-δ(LSCM)阳极粉体。X射线衍射(XRD)分析结果显示,在1000℃下焙烧4 h处理后,粉体为单一的钙钛矿相结构。应用单向压力成型方法、空气中1450℃下烧结8 h制备了Ce0.8Sm0.2O1.9(SDC)为电解质片,应用丝网印刷方法在SDC电解质两侧分别涂覆La0.7Sr0.3Cr0.5Mn0.5O3-δ阳极和Pr0.6Sr0.4Co0.8Fe0.2O3-δ-SDC(PSCF-SDC)复合阴极,组成电解质支撑型固体氧化物燃料单电池。扫描电镜(SEM)观察显示,制备的电解质致密,阳极和阴极孔隙大小分布均匀,阳极厚度约为20μm,阴极厚度为10μm。用湿氢气作燃料,在800℃下获得的最大输出功率为232.84 mW/cm2,短路电流为919.84 mA/cm2。为了提高LSCM阳极材料催化活性,阳极中掺入少量SDC构成复合阳极。La0.7Sr0.3Cr0.5Mn0.5O3-δ-10%SDC复合阳极的单电池输出功率明显提高,最大输出功率为340 mW/cm2。     

不同方法制备PrNi0.5Co0.5O3-δ阴极的性能对比研究

采用固相反应法和乙二胺四乙酸-柠檬酸（EDTA-CA）联合络合法分别合成了PrNi0.5Co0.5O3-δ (PNC)材料，用于质子导体固体氧化物燃料电池（H-SOFCs）的阴极。通过X射线衍射（XRD）研究了材料在不同煅烧条件后的相结构，通过比表面积及孔径分析仪（BET）研究材料的比表面积和孔结构，用扫描电子显微镜（SEM）观察了材料的微观结构，通过能量色散X射线谱仪（EDS）分析材料的元素分布，通过电化学阻抗谱（EIS）分析了材料作为H-SOFCs阴极使用时的极化电阻。结果表明，通过EDTA-CA联合络合法制备的粉体相结构更加稳定，且元素分布也更加均匀。EIS分析结果表明，通过两种方法制备的阴极材料在BaZr0.1Ce0.7Y0.1Yb0.1O3-δ(BZCYYb)电解质上的氧还原过程活化能相近，但通过EDTA-CA联合络合法制备的阴极具有更低的极化电阻，500℃时对称电池上的极化电阻降低68%。     

CaO-La2O3-B2O3-Eu2O3转光玻璃的合成及荧光性质

X射线衍射研究表明CaO-La2O3-B2O3-Eu2O3体系的玻璃化温度在1025℃附近.荧光光谱和ESR谱研究表明,在CaO-La2O3-B2O3-Eu2O3玻璃体系中存在着Eu2+和Eu3+两种价态离子. 316, 360, 379, 394, 413, 462和532nm锐线激发峰和592,616和650红区发射峰分别对应Eu3+的f-f激发跃迁和5D0-7FJ (J=1,2,3)跃迁发射;351nm和427nm宽带激发峰和蓝区发射分别对应Eu2+的5d-4f激发跃迁和发射.     

Ni掺杂TiO_2电子和几何结构的第一性原理研究

利用密度泛函理论框架下的第一性原理方法,对不同掺杂量、不同方式的Ni掺杂锐钛矿相TiO_2(anatase TiO_2:A-TiO_2)的晶胞结构、缺陷形成能和态密度图像等进行了研究,并着重讨论了掺杂Ni离子周围配位场改变对体系电子结构的影响.结果表明,掺杂方式的不同对Ni-TiO_2超晶胞的几何结构有较大影响.正是几何结构的变化导致掺杂Ni离子处于不同类型的晶体配位场之中,这是掺杂体系电子结构差异的本质原因.通过对掺杂体系形成能的比较,发现Ni掺杂TiO_2的具体方式取决于晶体生长过程中的氧环境.通过对体系电子结构的研究,发现各种掺杂体系的禁带中都出现由Ni 3d-O2p轨道杂化形成的杂质能级.Ni离子替代晶格Ti掺杂会使吸收光谱红移,而Ni的晶隙掺杂则使吸收光谱蓝移,且这种光谱吸收带边的差异会随掺杂浓度的增加而增大.     

Fe、Mn对CeO2(111)面NH3/NO吸附及SCR催化性能的影响

CeO₂具有一定的催化还原、储存释放氧的能力,是潜在的低温NH₃-SCR催化脱硝材料。探究本征CeO₂和改性CeO₂的脱硝机理,对开发高性能催化剂具有重要意义。本论文将研究Fe、Mn掺杂CeO₂(111)面对NH₃-SCR反应气体NH₃、NO的吸附行为,分析Fe、Mn掺杂对CeO₂催化脱硝机理的影响。研究发现,Fe、Mn掺杂均促进CeO₂(111)面对NH₃的吸附,分别伴随着一个和三个N—H键的解离。Fe、Mn掺杂也增强了CeO₂(111)面O活性位点对NO的吸附。CeO₂(111)面及Fe、Mn掺杂CeO₂(111)面NO2结构的稳定形成,表明L-H机制始终占主导地位。Fe、Mn掺杂改变了晶面原子的化学反应性和电子转移能力,降低了NH₃的N—H键解离能,降低了反应能垒,增强了吸附体...     

纳米Ce1-x(Nd0.5Fe0.5)xO2-δ固溶体的合成及结构表征

采用水热方法合成出Ce1-x(Nd0.5 Fe0.5)x O2-δ固溶体,通过XRD测试对固溶体晶体结构进行了表征分析及晶胞参数拟合,结果表明,当x≤0.2时,Ce1-x(Nd0.5 Fe0.5)x O2-δ固溶体保持CeO2立方萤石结构;样品粒度分布在11 nm～15 nm间,且随着掺杂量的增大,粒度逐渐减小.在CeO2中掺人小半径的Fe3+离子及大半径的Nd3+离子,半径不同的双离子掺杂引起了较为复杂的晶胞参数变化.TEM及能谱结果证明样品为结晶良好的纳米晶,固溶体中的掺杂离子含量与理论含量基本一致.紫外光谱分析表明离子的掺杂导致带隙吸收边发生变化,能隙先增大后减小.     

Mg2+掺杂对0.8Bi0.5Na0.5TiO3-0.2Bi0.5K0.5TiO3陶瓷电学性能的影响

采用固相反应法制备了Mg~(2+)掺杂的0.8Bi_(0.5)Na_(0.5)TiO_3-0.2Bi_(0.5)K_(0.5)TiO_3陶瓷,对其相结构、铁电性能、介电性能性能和阻抗特性进行了研究。X射线衍射测试发现所有样品均具有单一的钙钛矿相结构,表明Mg~(2+)能完全融入钙钛矿结构晶格中。所有样品都表现出铁电特性,Mg~(2+)掺杂遵循3Mg~(2+)?3Mg_(Ti)~"+V_O~(··),会显著促进陶瓷中氧空位缺陷的增多,掺杂量在2mol%以上时会引起陶瓷介电性能的显著降低。     

基于第一性原理的Fe(111)/Al2O3(0001)界面稳定性研究

稀贵金属催化剂催化甲烷分解效果显著但成本较高,为此,探寻低成本催化剂是实现其工业化推广的重要课题。铁基催化剂具有耐高温、价格低、性能好等优点,目前针对铁基催化剂的表面机理研究较少,催化剂界面组成及结构稳定性仍没有统一的观点。本研究基于密度泛函理论(DFT),利用第一性原理计算表面能、态密度、差分电荷密度,研究Fe(111)/Al₂O₃(0001)界面稳定性,并探讨不同端面的催化剂形成机制。结果表明：O端界面的吸附能和电荷浓度大于Al1和Al2端界面,O原子周围电荷聚集明显;Al1和Al2端界面的Fe和Al之间形成微弱金属键,而O端界面的Fe和Al之间形成共价键、金属键和离子键,O端共价键强度高于Al1和Al2端界面。因此,O端Fe/Al₂O₃催化剂相比于其他端面结合更加紧密,同时表现出更理想的催化效果,上述研究结果为制备Fe/Al₂O₃催化剂及研究其界面的形成机制提供理论基础。     

CeO2掺杂对HfO2栅介质电学特性的影响

采用磁控共溅射的方法在p-Si(100)衬底上沉积了掺杂和不掺杂CeO2的HfO2薄膜。通过X射线光电子能谱(XPS)研究了薄膜中元素的化学计量比及结合能,制备MOS结构并对漏电流及电容等电学性能进行表征。结果表明,掺入CeO2后,整个体系的氧空位生成能增大,氧空位数目减少,漏电流较纯HfO2下降了一个数量级,满足作为高k材料的要求。     

NaF掺杂的Ca3Co4O9粉体制备及其热电性能研究

本文以CaCO3、NaF、Co(NO3)2.6H2O、HNO3为原料,去离子水为溶剂,柠檬酸为螯合剂,采用自蔓延法制备了NaF掺杂的Ca3Co4O9(Ca3-xNaxCo4O9-xFx)(x=0,0.05,0.1,0.15,0.2,0.25)粉体。粉末的XRD表明图谱中主要衍射峰是Ca3Co4O9的特征峰,有极小部分CaF2存在。粉体的粒度分布在1～100μm之间,平均粒径为11.276μm。烧结试样的SEM显示NaF的掺杂能促进烧结。在温度473～973K下,烧结体热电性能的测试结果显示,随NaF掺杂量的增加,电导率和Seebeck系数先升高后降低。加入20%NaF的Ca3Co4O9烧结体在973K时seebeck系数和功率因子达到最大值,分别为220μV/K和4.39×10-4 W/mK2。     

纳米La3+-Eu3+共掺杂CeO2基固溶体的合成及微结构表征

采用水热法合成La3+、Eu3+共掺杂纳米Ce1-x(La0.5Eu0.5)x O2-δ固溶体。利用X射线衍射技术(XRD)表征样品的相结构,并对固溶体的晶胞参数进行拟合。通过拉曼光谱及紫外可见漫反射光谱表征其电子跃迁性能及掺杂效应。XRD结果表明,双离子掺杂固溶限不小于x=0.30,样品晶粒尺寸小于20 nm,晶胞参数随着掺杂量的升高而逐渐增大。Raman光谱F2g振动峰的逐渐宽化及向低波数方向移动。紫外漫反射光谱表明,随着掺杂量的增大,固溶体能隙先蓝移后红移。     

Sm0.5-xGdxSr0.5CoO3-δ/30%Ce0.9Gd0.1O1.95复合阴极的制备及性能研究

采用固相反应法制备了中温固体氧化物燃料电池阴极材料Sm0.5-xGdxSr0.5CoO3-δ(SGSC),用溶胶-凝胶法制备了Ce0.9Gd0.1O1.95(GDC)电解质粉体。用X射线衍射仪、热膨胀仪及交流阻抗谱法分别对SGSC材料的结构、化学稳定性、热膨胀性质及SGSC/30%GDC阴极的电化学性能进行了研究。结果表明,经1100℃焙烧6 h的SGSC粉体均形成单相正交钙钛矿结构,SGSC与GDC电解质在高温下具有良好的化学相容性。随着Gd3+含量的增加,材料的热膨胀系数无规律性变化,极化电阻先减小后增加,在x=0.15时,以SGSC/30%GDC为复合阴极的极化电阻最小,750℃时,Rp=0.03Ω.cm2。     

Fe2O3团粒还原制备中空铁颗粒

采用喷雾造粒制备Fe2O3空心球团粒,团粒经过氢气还原得到中空Fe颗粒,通过扫描电镜(SEM)观察Fe2O3空心球团粒及其截面的形貌,研究还原时间对Fe颗粒形貌与截面形貌的影响;采用激光衍射粒度分析仪对Fe颗粒进行粒径分析;采用比表面及孔隙度分析仪表征Fe颗粒的比表面积;采用CSM-MCT显微硬度仪测量空心球状Fe颗粒球壁的硬度和弹性模量。结果表明:Fe2O3空心球团粒和Fe颗粒均为多孔中空球状结构,球壁上存在大量微孔,中空孔直径和球颗粒直径的比值在0.4～0.5;在650℃下还原,随着还原时间增加(4,5,6 h),球壁晶粒逐步长大,中空球状Fe颗粒的比表面积和粒径逐步减小,球壁趋向致密,硬度和弹性模量提高。     

RECrO3电子结构与导电性能的关系

利用量子化学的SCF-Xα-SW电子结构计算方法,计算得到了RE₄Cr₂O₉(RE=La,Pr, Nd,Sm,Gd,Dy,Ho,Er)等体系的电子态密度分布、费米能和能隙宽度等电子结构参数,并结合 RECrO₃导电陶瓷的导电特征,分析了导电性能和电子结构参数之间的关系.研究表明:随着RE原子序数的增加,其费米能附近的态密度依次增大,主要为f电子,非f电子数量逐渐减少,因此,参与导电的电子应与f电子无关.这是RECrO₃导电陶瓷电导率随RE原子序数增大而下降的主要原因.     

La_(0.5-x)Nd_xSr_(0.5)CoO_3(x=0,0.1)氧化物的结构和磁性

采用固相反应法制备了La0.5-xNdxSr0.5CoO3(x=0,0.1)多晶样品。通过XRD和SQUID研究了样品的结构和磁性。研究表明,随着Nd3+的掺入使体系中由于晶格畸变引起的电子-声子耦合减弱,会使Co3+—O—Co4+之间的双交换作用增强,使样品的居里温度提高了30 K;从磁化强度随温度变化曲线可以看出x=0.1样品的ZFC曲线形成的峰明显比x=0样品ZFC曲线的峰尖。这是由于随温度的升高Nd3+离子间4f电子的间接交换作用减弱,导致自旋的非共线结构贡献减少,使材料的磁化强度迅速增加引起的。在TC附近样品都出现了明显的顺磁-铁磁转变,样品形成的是短程的铁磁有序。