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《新疆大学》 2007年
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钼酸镧基新型复合电解质材料的制备及其在电化学合成氨中的应用

刘玉星  
【摘要】: 电化学方法常压合成氨最早是在1995年由乔治?斯达克等提出并发表在《SCIENCE》杂志上。此方法一经提出,引起世界各国科学家浓厚的兴趣。该方法克服了传统哈伯氨合成法热力学的限制,使合成氨新方法的探索迈出了新的一步,实现了常压合成氨。 电化学方法合成氨的关键点在于找到温度适宜,质子电导率高的电解质材料。本论文在充分调研质子导体发展概况的基础上,以钼酸镧基新型电解质材料为研究对象,研究其在还原气氛中的质子导电性。基于母体化合物钼酸镧在580℃左右有一个相变点,因为存在相变点的固体电解质在实用方面有很大的局限性。我们从掺杂的角度出发,对母体化合物进一步改性,稳定其高温结构相。为此我们利用柠檬酸盐法合成一系列不同元素掺杂的复合氧化物。利用热重—差热分析(TG—DTA)确定了凝胶前驱体完全烧成复合氧化物的最佳焙烧温度。用X射线衍射分析(XRD)对各种复合氧化物进行了物相鉴定,并用透射电镜(TEM)和扫描电镜(SEM)对焙烧粉体形貌及高温烧结陶瓷表面的显微结构进行了分析。将所制得各种复合氧化物作为固体电解质,测试了不同气氛中的电导率,结果表明,适量浓度掺杂的钙,锶,钾元素掺杂可以完全抑制钼酸镧的相变,提高低温电导率,但一般高温电导率会有所下降。稀土元素的掺杂不能抑制相变,只能使相变温度稍有降低。 复合氧化物-盐(或氧化物)的复合电解质体系是新近发展起来的一种新型中低温电解质材料,为了进一步提高钼酸镧的质子导电率,本文利用钼酸镧粉体与二元磷酸盐和二元氯化物进行复合,制备了两种新型无机盐-氧化物复合材料,钼酸镧-磷酸钾-磷酸钙和钼酸镧-氯化钠-氯化锶。利用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)分析了无机盐的引入对钼酸镧晶体结构及烧结陶瓷样片表面显微结构的影响。电导率测试表明,无机盐的引入不能抑制钼酸镧的相变,但能使钼酸镧低温段和高温段的电导率都有所提高。 目前,在常压下使用固态质子导体为固体电解质,以氢气和氮气为原料利用电化学方法合成氨已有大量的研究。而天然气合成氨是国际公认的建设投资少、生产成本低、最具竞争力的原料路线。本文在探讨各合成固体电解质材料用于氢气/氮气体系常压电化学合成氨的同时,并尝试利用天然气/氮气为原料进行电化学合成氨实验。系统研究了不同原料气氛中,影响合成氨产率的因素,确定了合成氨的最佳条件。所有样品都不同程度得生成了氨气。同时,我们探讨了以天然气/氮气为原料,电化学合成氨的机理,利用气相色谱对所用天然气和合成氨尾气成分进行分析,发现在氨气生成的同时,还有乙烯副产物生成,这一发现使常压电化学合成氨方法向实际生产的应用又向前迈进了一步。 在利用固体电解质常压合成氨方面还有许多的工作要做,本文就这方面可能存在的技术改造和发展方向提出了可行性展望。
【学位授予单位】:新疆大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TQ113.2

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【参考文献】
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