LaGaO-,3-基陶瓷的合成及其電性能研究.pdf

1、高溫質(zhì)子導體因其具有特殊的質(zhì)子導電功能，在固體氧化物燃料電池，氣體傳感器，有機物的氫化和脫氫，常壓合成氨，氫的電解制備、分離和提純等能源變換及薄膜反應器方面有著重要的應用價值和廣泛的應用前景。自1981年Iwahara報道SrCeO<,3>基質(zhì)子陶瓷以來，很多類似的鈣鈦礦結(jié)構的質(zhì)子陶瓷相繼被發(fā)現(xiàn)。 1994年，Ishihara首次發(fā)現(xiàn)Sr<'2+>和Mg<'2+>摻雜的LaGaO<,3>基陶瓷在很寬的氧分壓范圍(1～10<'-2

2、0>atm)內(nèi)幾乎是純的氧離子導體，成為較理想的中溫固體氧化物燃料電池(IT-SOFC)固體電解質(zhì)候選材料之一。至今，有關LaGaO<,3>基陶瓷氧離子電導性的研究已有大量報道，但是，十多年來，人們的研究目光集中在LaGaO<,3>基固溶體的氧離子導電性能上，至今尚未見到LaGaO<,3>基陶瓷具有質(zhì)子導電性的報道。此外，LaGaO<,3>基陶瓷的傳統(tǒng)制備方法是固相法，但固相法制備的LaGaO<,3>基陶瓷常含有雜相，而采用濕化學合成法

3、制備LaGaO<,3>基陶瓷是解決這一問題的有效途徑。 本研究以高溫固相法、溶膠-凝膠法(Sol-Gel法)和微乳液法等方法合成了La<,0.9>Sr<,0.1>Ga<,0.8>Mg<,0.2>O<,3-α>陶瓷，并用多種電化學方法研究了其離子導電性。粉末XRD結(jié)果表明，高溫固相法合成的陶瓷樣品存在少量雜相，而采用溶膠-凝膠法和微乳液法合成的陶瓷樣品為單一斜方鈣鈦礦相結(jié)構。以三種方法制備的La<,0.9>Sr<,0.1>Ga<,

4、0.8>Mg<,0.2>O<,3-α>陶瓷樣品為固體電解質(zhì)，多孔性鉑為電極，分別采用氣體濃差電池、交流阻抗譜和電化學分子透過實驗方法測定和研究了樣品在600～1000℃下各氣氛中的電導率、離子遷移數(shù)以及樣品的離子導電性能；測定并比較了各樣品的氫-空氣燃料電池性能；以La<,0.9>Sr<,0.1>Ga<,0.8>Mg<,0.2>O<,3-α>陶瓷為固體電解質(zhì)，多孔性Ag-Pd為電極，成功地在常壓條件下合成氨。研究取得的主要成果為：

5、 (1)采用三種方法合成了La<,0.9>Sr<,0.1>Ga<,0.8>Mg<,0.2>O<,3-α>陶瓷，其中，首次將微乳液法應用于鎵酸鑭基陶瓷的合成，且成功地解決了固相法合成鎵酸鑭基陶瓷存在的雜相問題。 (2)首次發(fā)現(xiàn)La<,0.9>Sr<,0.1>Ga<,0.8>Mg<,0.2>O<,3-α>陶瓷在氫氣氣氛中具有優(yōu)良的質(zhì)子導電性能，其質(zhì)子遷移數(shù)為1，1000℃時的質(zhì)子電導率高達0.15 S·cm<'-1>，與目前被公認

6、為最好的質(zhì)子導體BaCeO<,3>基及Ba<,3>Ca<,1.18>Nb<,1.82>O<,9-α>陶瓷相當。(3)首次發(fā)現(xiàn)La<,0.9>Sr<,0.1>Ga<,0.8>Mg<,0.2>O<,3-α>陶瓷在濕潤空氣氣氛中是混合離子(質(zhì)子+氧離子)導體。 (4)發(fā)現(xiàn)La<,0.9>Sr<,0.1>Ga<,0.8>Mg<,0.2>O<,3-α>陶瓷在干燥含氧氣氣氛中是純的氧離子導體。 (5)研究了三種方法合成樣品的氫-空