BaCe-,1-x-M-,x-O-,3-α-(M=Ca，Yb)的合成、中溫導(dǎo)電性及應(yīng)用.pdf

1、BaCeO3基質(zhì)子導(dǎo)體是一類重要的功能材料，在固體氧化物燃料電池（SOFC）、氫傳感器、水蒸氣電解器、氫的分離與純化、常壓合成氨、核聚變反應(yīng)堆廢氣中氫同位素的回收等電化學(xué)裝置及膜反應(yīng)器方面具有重要的應(yīng)用價值和廣泛的應(yīng)用前景。
　　 BaCeO3摻雜離子通常有三價稀土離子和Ca2+，相對于Ca2+三價稀土離子摻雜具有更高的電導(dǎo)率，但Ca元素含量豐富價格低廉，在BaCeO3的Ce位摻Ca對于節(jié)約成本實現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用具有重要意義。但到目前

2、為止，摻雜CaO的BaCeO3陶瓷的研究存在兩個方面的不足：（1）傳統(tǒng)的高溫固相法制備摻雜CaO的BaCeO3質(zhì)子導(dǎo)體的煅燒與燒結(jié)溫度通常高達1400℃與1665℃，太高的熱處理溫度產(chǎn)生能耗高和對設(shè)備要求高等問題。（2）Iwahara題組研究了Ca摻雜BaCeO3在600～1000℃下的質(zhì)子導(dǎo)電性，Slade課題組僅僅采用水蒸氣濃差電池方法研究了Ca摻雜BaCeO3在400～800℃下的質(zhì)子導(dǎo)電性，但至今對于300～600℃下的質(zhì)子導(dǎo)電

3、性研究仍不充分，也未見其在常壓合成氨方面的應(yīng)用報道。此外，將BaCeO3基質(zhì)子導(dǎo)體應(yīng)用于有機物催化合成的報道很少。為此，本論文針對上述問題進行了研究。
　　 本論文的主要研究工作及結(jié)果如下：
　　 1.采用微乳液法合了BaCe1-xCaxO3-α（X=0.05，0.10，0.15，0.20）系列陶瓷樣品的粉體，經(jīng)1050℃下煅燒及1500℃下燒結(jié)制得了致密的陶瓷樣品，煅燒與燒結(jié)溫度分別較傳統(tǒng)高溫固相法降了350℃和165

4、℃。為了比較不同方法的影響，還采用了溶膠-凝膠法合成了x=0.10的樣品。
　　 對樣品形成過程及微觀結(jié)構(gòu)進行了DSC-TGA、TEM、SEM及XRD等表征。
　　 2.采用交流阻抗、氫氣濃差電池及電化學(xué)氫分子透過（氫泵）等方法系統(tǒng)研究了BaCe1-xCaxO3-a樣品的中溫（300～600℃）導(dǎo)電性能。研究發(fā)現(xiàn)：樣品在中溫下氫氣氣氛中是純質(zhì)子導(dǎo)體，X=0.10的樣品具有最高的質(zhì)子電導(dǎo)率。
　　 3.研究發(fā)現(xiàn)，合

5、成方法對樣品的導(dǎo)電性能具有較顯著影響。微乳液法合成的樣品比溶膠-凝膠法合成的樣品具有更高的電導(dǎo)率。例如：對于BaCe0.90Ca0.10O3-10-4，微乳液法和溶膠-凝膠法合成的樣品在600℃時的質(zhì)子電導(dǎo)率分別為7.64x10-4S·cm-1和1.22×10-4 S·cm-1。
　　 4.成功地將BaCe1-xCaxO3-α系列樣品中質(zhì)子電導(dǎo)率最高的BaCe0.90Ca0.10O3-α應(yīng)用于常壓合成氨。在480℃時施加直流電為

6、0.80 mA條件下，氨氣的最高產(chǎn)率達到2.69x10-9 mol·S-1·cm-2，高于Science上報道的氨產(chǎn)率（電解質(zhì)：SrCe0.95Yb0.05O3-α，氨產(chǎn)率：7.5×10-11 mol·S-1·cm-2）。
　　 5.采用微乳液法合成了BaCe1-xYbxO3-a（X=0.05，0.10，0.15，0.20）系列陶瓷樣品的粉體，在較低燒結(jié)溫度下制得致密的陶瓷樣品。在該系列樣品中，X=0.10的樣品具有最高的質(zhì)子電