中温SOFC阴极材料La0.7Sr0.3Co1-xCuxO3-δ的制备及性能

采用固相反应法制备了La_0.7Sr_0.3Co_1-xCu_xO_3-δ系列中温固体氧化物燃料电池（SOFC）阴极材料粉体.对其进行晶体结构表征,高温电导率和热膨胀曲线测试,并选取其中性能较好的样品进行了单电池实验.结果表明,Cu的掺杂降低了（La,Sr）CoO La₃体系阴极材料的热膨胀系数,在x=0.05时电导率略高于未掺Cu的样品.以La_0.7Sr_0.3Co_0.95Cu _0.05O _3-δ为阴极、Ce_0.8Sm_0.2O_1.9为电解质组成的SOFC单电池,在850℃最大短路电流密度达511mA/cm²,最大输出功率密度约为0.106W/cm².     

前驱粉体低温烧结温度与压强对SDC电解质电学性能的影响

通过自蔓延燃烧法制备Sm掺杂的CeO₂基材料, 研究前驱粉体进行不同低温烧结热处理及改变压强对Ce_0.9Sm_0.1O_2-δ(SDC)电解质电学性能的影响, 并分别用X射线衍射、扫描电子显微镜和交流阻抗谱研究不同控制变量下样品的相组成、 微观结构和SDC电解质的电学性能. 结果表明, 当烧结温度升高时, SDC样品的平均粒径显著增加, 烧结温度和压强不影响样品晶胞参数的变化. 与晶粒电导率相比, 改变烧结温度和压强对晶界电导率的影响更明显.     

Ce0.8Y0.2-xMgxO2-δ电解质材料的制备及其性能

以金属硝酸盐Ce(NO₃)₃、Y(NO₃)₃、Mg(NO₃)₂为原料,采用溶胶-凝胶法制备系列电解质材料Ce_0.8Y_0.2-xMg_xO_2-δ(x=0、0.02、0.04、0.06、0.08、0.1),并通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、电化学阻抗谱(EIS)等手段对样品进行测试表征.结果表明,电解质材料经600℃煅烧3 h后形成立方萤石结构,并具有较高的烧结活性.压制成片的电解质在1 550℃下烧结仍为立方萤石结构,较为致密;电化学性能研究表明,800℃时电导率为0.039 S/cm, Ce_0.8Y_0.2-xMg_xO_2-δ电解质材料可以作为中温固体氧化物燃料电池的候选材料.     

复合电解质材料的电性能及应用

利用固相法制备了不同粒度的Ce_0.8Sm_0.2 O_1.9(SDC)与(ZrO₂)_0.92(Y₂O₃)_0.08(YSZ)的复合材料（SDC与YSZ 的质量比分别为1∶9, 3∶7, 5∶5）, 以其为电解质制备成片状燃料电池, Ｘ射线衍射 结果表明, 材料呈双相复合结构, 阻抗谱和电池性能的测量结果表明, 电解质在低温和 掺杂量较低时电导率比纯YSZ高, 在电池工作温区(700～850 ℃)内电导率都较低. 以它为 电解质的氢氧燃料电池开路电压很低, 并且随SDC掺杂量的升高下降的非常明显.     

SmCoO3 的固相合成及性质

以Sm₂O₃和Co₂O₃为原料,使用高温固相反应法合成SmCoO₃正交钙钛矿化合物,采用X射线衍射、Raman谱、热膨胀仪和高温电导等测试技术对样品进行了结构和性能研究.结构分析表明,Sm₂O₃与Co₂O₃在1353K附近可以进行固态反应,形成单相性很好的SmCoO₃正交钙钛矿相.高温电导测量显示单相SmCoO₃随温度升高由绝缘体向半导体转变,Arrhenius图表明绝缘体—半导体转变点在470K附近.单相SmCoO3的热膨胀系数在873K以上为2.17×10^-5K^-1,和掺杂LaGaO₃相近,但明显大于SDC（Ce_0.85Sm_0.15O₂）的热膨胀系数.     

Ce0.25Zr0.75O2固溶体的制备及其电化学合成氨催化性能

通过共沉淀法合成了四方相Ce_0.25Zr_0.75O₂固溶体,采用X射线粉末衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）表征了固溶体的结构,并以氮气和水为原料,在室温、0.1 mol/L Na₂SO₄电解质中研究了固溶体的电化学催化合成氨性能。结果表明,Ce_0.25Zr_0.75O₂表现出了优异的电化学氮还原催化性能,在-0.6 V（vs.Ag/AgCl）时法拉第效率最高,达到64%,此时氨合成速率为7.3×10^-11 mol/（s·cm²）;在-0.7 V（vs.Ag/AgCl）时,氨合成速率最高,为1.03×10^-10 mol/（s·cm²）,此时法拉第效率为42.2%。这可能与Ce_0.25Zr_0.75O₂固溶体的四方相结构、晶格结构的变化及形成的高度缺陷的结构有关;另外,Ce_0.25Zr_0.75O₂还能有效抑制析氢副反应进行,从而提高其法拉第效率。     

基于第一性原理计算Co基尖晶石MCo2O4(M=Fe,Mn, Cu,Ni)磁性和电性

利用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理对Co基尖晶石氧化物MCo₂O₄(M=Mn, Fe, Ni, Cu)的电子结构和磁学性质进行了计算，得出Co基尖晶石氧化物的稳定结构，总结了这些化合物呈正尖晶石和反尖晶石分布时的电子结构和磁构型.比较计算CoFe₂O₄和FeCo₂O₄发现改变阳离子的分布会影响材料的电学性质，通过研究得出，Co基尖晶石氧化物结构为正尖晶石的材料都具备铁磁性，结构为反尖晶石的材料都具备亚铁磁性.     

Mg掺杂Mn1.5Cr1.5O4固体氧化物燃料电池阴极材料的性能研究

固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell, SOFC)阴极材料的高稳定性、高催化性能是其获得商业化应用的前提。尖晶石氧化物具有良好的稳定性与兼容性,这使得其成为最具发展潜力的SOFC阴极材料之一。本文通过Mg掺杂对尖晶石氧化物Mn_1.5Cr_1.5O₄阴极材料进行改性处理,研究了Mg掺杂量对Mn_1.5Cr_1.5-xMg_xO₄(x=0,0.075,0.150,0.225)阴极材料微观结构、物相组成、电导率、热膨胀系数及其作为对称电池阴极时电化学性能等方面的影响。结果表明,当Mg掺杂量x为0.150时,Mn_1.5Cr_1.35Mg_0.15O₄具有最大的电导率和最小的极化阻抗,在800℃下分别可达0.168 S/cm和1.84Ω·cm²,表明适量的Mg掺杂不仅提高了Mn_1.5Cr_1....     

包裹SiO2薄层的Fe3O4纳米颗粒体系中增强的隧穿磁电阻效应

Fe₃O₄是一种半金属材料,在金属磁性氧化物当中有着较高的居里温度(858K), 因此在自旋电子应用当中有广阔的前景。通过在直径大约200 nm的单分散Fe₃O₄微球外包裹一层绝缘的SiO₂壳层而人工引入晶界,再冷压烧结成块状制成样品。与包膜前相比,样品的磁电阻效应大为增强,而且两者磁电阻的行为明显不同,后者在高场下出现一个线性关系,这是由SiO₂ 晶界引起的,相关的探索给出了一条新的提高磁电阻效应的途径。     

稀土CeO2纳米固溶体粉末晶格常数与成分的关系

氧化物的晶格常数是材料研究和运用的一个重要参数. 从理论上预测氧化物固溶体的晶格常数是物理学家和材料学家从理论上研究物性参数的方法之一. 经研究, 推导出了计算立方CeO₂ 纳米固溶体晶格常数与固溶体成分关系的方程. 将理论计算纳米氧化物固溶体的晶格常数的方程用于CeO₂ - ZrO₂, CeO₂ - Bi₂O₃ , CeO₂ - La₂O₃, CeO₂ - ZrO₂ - ThO₂ 纳米固溶体晶格常数的计算, 发现晶格常数随固溶体成分变化与立方CeO₂纳米固溶体晶格常数实验结果基本一致, 误差不大于0. 3% , 1. 7%, 3. 4%, 0. 4%.     

稀土倍半氧化物电子结构和光学性质的第一性原理研究

利用第一性原理密度泛函方法系统计算五种稀土倍半氧化物(R₂O₃,R为Sc、Y、La、Sm、Dy)的电子结构和光学性质。电子结构计算表明,R₂O₃为间接带隙氧化物,其价带与导带电子存在光学跃迁行为。在光学性质方面,根据能带与态密度分析R₂O₃的复介电函数、复折射率、反射率、吸收率和损失函数,结果表明,在8.13～14.87 e V范围内,R₂O₃具备良好的光学吸收与光学反射率,Y₂O₃的反射率更是达到95%以上。Sc₂O₃、Y₂O₃、La₂O₃、Sm₂O₃和Dy₂O₃的静态介电常数分别为5.18、4.44、4.58、3.52和3.50,具备作为栅介质材料的...     

Cu掺杂La0.5Ba0.5CoO3-δ阴极材料动力学性能研究

利用溶胶-凝胶法制备了钙钛矿结构La_0.5Ba_0.5Co_1-xCu_xO_3-δ(LBCC_-x,0≤x≤0.4)氧化物,系统地研究了Cu部分取代Co对LBCC_-x阴极材料的晶体结构、电导率和电化学性能的影响.研究结果表明：Cu掺杂La_0.5Ba_0.5CoO_3-δ增加了晶格体积和氧空位浓度,降低了电极材料的电导率.Cu部分替代Co有效改善了LBCC_-x阴极材料的电化学性能.当温度为750℃时极化阻抗为0.043Ω·cm^-2,La_0.5Ba_0.5Co_0.7Cu_0.3O_3-δ,(LBCC₃)表现出最优的氧还原反应活性.弛豫时间分布(DRT)分析表明,气体扩散是LBCC_-x阴极材料电催化...     

Fluorite Ce0.8Sm0.2O2-δ porous layer coating to enhance the oxygen permeation behavior of a BaCo0.7Fe0.2Nb0.1O3-δ mixed conductor

Fluorite Ce_0.8Sm_0.2O_2-δ (SDC) nanopowder with a crystallite size of 15 nm was synthesized by a co-precipitation method. An SDC porous layer was coated onto a BaCo_0.7Fe_0.2Nb_0.1O_3-δ (BCFN) mixed conductor to improve its oxygen transport behavior. The results show that the SDC-coated BCFN membrane exhibits a remarkably higher oxygen permeation flux (J_O2) than the uncoated BCFN in the partial oxidation of coke oven gas (COG). The maximum (J_O2) value of the SDC-coated BCFN is 18.28 mL·min-1·cm-2 under a COG/air flux of 177 mL·min-1/353 mL·min-1 at 875℃ when the thickness of the BCFN membrane is 1 mm; this (J_O2) value is 23% higher than that of the uncoated BCFN membrane. This enhancement is likely because of the higher oxygen ionic conductivity of SDC, which supplies oxygen vacancies and accelerates oxygen exchange on the membrane/coating layer/gas three-phase boundary.     

锂离子导体Li6La2BaTa2O12在潮湿空气中的稳定性研究

利用交流阻抗谱研究锂离子导体Li La₂ BaTa₂ O₁₂在空气的稳定性。锂离子导体Li₆ La₂ BaTa₂ O₁₂首先在空气中吸附水气进入晶界,导致该材料晶界电阻变大;随后进入晶界中的水气和Li₆ La₂ BaTa₂ O₁₂材料发生质子和锂离子的离子交换反应,导致了晶格的进一步畸变,表现为晶粒电阻直线增加。因此可通过提高陶瓷材料致密度,抑制水气进入晶界,提高该材料对水气的稳定性,这对该材料在全固态锂离子电池中的应用具有十分重要的意义。     

锂离子在LiMn2O4正极材料中的界面过程

采用交流阻抗法研究了锂离子在LiMn₂O₄正极材料中的界面过程.结果表明：LiMn₂O₄电极的交流阻抗复平面图中高频区的半圆，是由电解液中的锂离子在LiMn₂O₄表面吸附形成表面层的电阻和电容引起的，中频区的半圆是由电极LiMn₂O₄内的电荷转移反应电阻和双电层电容引起的，而低频区的直线则是由锂离子在LiMn₂O₄中的扩散引起的.     

Fe-Ni-O体系中Fe/Ni的还原行为

取电阻炉实验和热重分析等手段,探讨了Fe-Ni-O体系中不同条件下的产物组成及Fe/Ni的还原行为.结果表明:五种样品的还原难度由低到高依次为NiO2O₃+Ni2O₃+NiO2O₄2O₃;Ni元素能够促进铁氧化物还原,其促进作用由Ni元素的初始状态决定,单质Ni>氧化物NiO>NiFe₂O₄中的Ni;NiFe₂O₄的还原过程中各产物由低温到高温依次出现的次序为Fe₃O₄、Ni、（Fe,Ni）、Fe和Fe_0.64Ni_0.36.根据实验结果,对五种氧化物体系的还原过程进行了探讨,并获得了活化能、控速环节等重要参数及相关反应机理.     

Diffusion behavior and distribution regulation of MgO in MgO-bearing pellets

In this paper, the diffusion behavior between MgO and Fe₂O₃ (the main iron oxide in pellets) is investigated using a diffusion couple method. In addition, the distribution regulation of MgO in MgO-bearing pellets is analyzed via pelletizing experiments. The results illustrate that MgO is prone to diffuse into Fe₂O₃ in the form of solid solution; the diffusion rate considered here is 13.64 μm·min-1. Most MgO content distributes in the iron phase instead of the slag phase. The MF phase {(Mg_1-x Fe_x)O·Fe₂O₃, x ≤ 1} is generated in the MgO-bearing pellets. However, the distribution of MgO in the radial direction of the pellets is inconsistent. The solid solution portion of MgO in the MF phase is larger in the outer layer of the pellets than in the inner layer. In this work, the approximate chemical composition of the MF phase in the outer layer of the pellets is {(Mg_0.35-0.77·Fe_0.65-0.23) O·Fe₂O₃} and in the inner layer is {(Mg_0.13-0.45·Fe_0.87-0.55) O·Fe₂O₃}.     

B位Mn掺杂Sr2Fe1.5Mo0.5O6-δ作为中温固体氧化物燃料电池阳极的性能

采用溶胶-凝胶燃烧法合成出Sr₂Fe_1.4Mn_0.1Mo_0.5O_6-δ（SFMn0.1M）材料,并将其作为中温固体氧化物燃料电池的阳极.表征了SFMn0.1M材料的晶体结构、微观形貌、元素价态、电导率和电化学性能.X射线衍射表明Mn取代后,SFMn0.1M依然保持了立方钙钛矿结构,扫描电子显微镜观察到其微观形貌为三维多孔结构.SFMn0.1M作为SOFCs阳极显示出优异的电化学性能,在800℃下SFMn0.1M的电导率为14.7 S·cm-1,以SFMn0.1M为阳极材料组装单电池,H₂作为燃料,其最大功率密度在800,750,700和650℃下分别为565.2,385.2,303.9和141.2 mW·cm-2.因此,SFMn0.1M在作为IT-SOFC阳极材料时表现出巨大的潜力.      

基于NH3燃料的Ni-BZCYYb阳极在SOFC中的应用

NH₃作为一种储氢燃料可应用于固体氧化物燃料电池(SOFC)发电。文章用溶胶-凝胶法合成了Ba_0.5Sr_0.5Co_0.8Fe_0.2O₃(BSCF)和BaZr_0.1Ce_0.7Y_0.1Yb_0.1O₃(BZCYYb)钙钛矿材料，并对其进行了XRD表征，结果表明两者均呈现单一的钙钛矿相和良好的化学稳定性。对Ni O-BZCYYb|BZCYYb|BSCF单电池的性能、稳定性和表面形貌进行了研究。在NH₃气氛中，单电池在700℃有最大的功率密度(426 mW·cm^-2)。电池稳定性通过在700℃时的长期放电测试情况来反映，结果表明单电池在700℃、313 mA·cm^-2的条件下可以持续放电95 h，说明电池的稳定性较高。以上结果证明以NH₃为直接燃料的H⁺     

位置敏感日盲深紫外光电探测器

超宽禁带半导体β-Ga₂O₃的带隙约为4.9 eV,是理想的日盲深紫外光电探测材料.最近,研究者利用β-Ga₂O₃薄膜,成功研制了四象限结构位置敏感日盲深紫外光电探测器.该研究为Ga₂O₃在深紫外光、X射线定位或成像等领域的实际应用提供了思路.