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(La_(1-x)Sr_x)_2(Mo_(1-y(Ga_y)_2O_(9-α)的合成、导电性及应用

徐建红  
【摘要】:2000年,Lacorre课题组报道了一种新型的氧离子导体钼酸镧(La_2Mo_2O_9),即使不掺杂低价金属阳离子,其晶格内部也具有相当数量的本征氧空位,而且在同等条件下具有高于氧化钇稳定的二氧化锆(YSZ)的离子电导率,这引起人们极大的兴趣。但其在580℃左右存在高温立方相与低温单斜相的转变,并导致电导率的突变,使其在实际应用中受到很大限制。 近年来,大量研究工作集中在La_2Mo_2O_9不同位置进行掺杂来抑制相变的发生及提高电导率。但至今尚未见到关于Sr~(+),Ga~(3+)双掺杂La_2Mo_2O_9的报道,而且也未见到关于La_2Mo_2O_9基电解质的质子导电性的报道。 本文通过固相反应法合成了(La_(0.95)Sr_(0.05))_2(Mo_(1-y)Ga_y)_2O_(9-α) (y = 0, 0.01, 0.03, 0.05)系列陶瓷样品,分别对样品进行了XRD、SEM表征。以该系列样品为固体电解质、多孔性铂为电极,采用交流阻抗谱、气体浓差电池等方法研究了各样品在550~1000℃下不同气氛中的导电特性。结果表明:所有样品均为立方相La_2Mo_2O_9结构,Ga~(3+)在(La_(0.95)Sr_(0.05))_2(Mo_(1-y)Ga_y)_2O_(9-α)中的掺杂限度在0.03和0.05之间;干燥氧浓差电池电动势的实测值与理论值吻合得很好,氧离子迁移数几乎为1,表明样品在测试温度下、干燥含氧气氛中几乎为纯的氧离子导体;湿润氧浓差以及水蒸气浓差电池电动势的测试结果表明,样品在测试温度下、湿润含氧气氛中为纯氧离子导体,质子导电性可忽略不计;样品氧离子电导率受掺杂离子浓度的影响,大小变化次序为:σ(y = 0.03) σ(y = 0) σ(y = 0.01)。 与母体相比,上述系列样品虽然抑制了相变的发生,但电导率稍有降低。这可能是由于掺杂量过大所致。因此本研究将Sr~(2+)掺杂量适当降低为0.03,采用固相法合成了(La_(0.97)Sr_(0.03))_2(Mo_(1-y)Ga_y)_2O_(9-α) (y = 0, 0.01, 0.03, 0.05, 0.08)系列陶瓷样品,并对样品进行了XRD、SEM、DSC表征以及电性能测试。研究发现:Ga~(3+)在(La_(0.97)Sr_(0.03))_2(Mo_(1-y)Ga_y)_2O_(9-α)中的掺杂限度在0.05和0.08之间;DSC分析及电导率测试表明,y≤0.05双掺杂样品完全抑制了相变;在测试温度下、干燥以及湿润含氧气氛中,样品均几乎为纯氧离子导体,质子导电性可忽略不计;随着掺杂量y的增大,氧离子电导率先增大后降低,大小次序为:σ(y = 0.05) σ(y = 0) σ(y = 2000年,Lacorre课题组报道了一种新型的氧离子导体钼酸镧(La_2Mo_2O_9),即使不掺杂低价金属阳离子,其晶格内部也具有相当数量的本征氧空位,而且在同等条件下具有高于氧化钇稳定的二氧化锆(YSZ)的离子电导率,这引起人们极大的兴趣。但其在580℃左右存在高温立方相与低温单斜相的转变,并导致电导率的突变,使其在实际应用中受到很大限制。 近年来,大量研究工作集中在La_2Mo_2O_9不同位置进行掺杂来抑制相变的发生及提高电导率。但至今尚未见到关于Sr~(+),Ga~(3+)双掺杂La_2Mo_2O_9的报道,而且也未见到关于La_2Mo_2O_9基电解质的质子导电性的报道。 本文通过固相反应法合成了(La_(0.95)Sr_(0.05))_2(Mo_(1-y)Ga_y)_2O_(9-α) (y = 0, 0.01, 0.03, 0.05)系列陶瓷样品,分别对样品进行了XRD、SEM表征。以该系列样品为固体电解质、多孔性铂为电极,采用交流阻抗谱、气体浓差电池等方法研究了各样品在550~1000℃下不同气氛中的导电特性。结果表明:所有样品均为立方相La_2Mo_2O_9结构,Ga~(3+)在(La_(0.95)Sr_(0.05))_2(Mo_(1-y)Ga_y)_2O_(9-α)中的掺杂限度在0.03和0.05之间;干燥氧浓差电池电动势的实测值与理论值吻合得很好,氧离子迁移数几乎为1,表明样品在测试温度下、干燥含氧气氛中几乎为纯的氧离子导体;湿润氧浓差以及水蒸气浓差电池电动势的测试结果表明,样品在测试温度下、湿润含氧气氛中为纯氧离子导体,质子导电性可忽略不计;样品氧离子电导率受掺杂离子浓度的影响,大小变化次序为:σ(y = 0.03) σ(y = 0) σ(y = 0.01)。 与母体相比,上述系列样品虽然抑制了相变的发生,但电导率稍有降低。这可能是由于掺杂量过大所致。因此本研究将Sr~(+)掺杂量适当降低为0.03,采用固相法合成了(La_(0.97)Sr_(0.03))_2(Mo_(1-y)Ga_y)_2O_(9-α) (y = 0, 0.01, 0.03, 0.05, 0.08)系列陶瓷样品,并对样品进行了XRD、SEM、DSC表征以及电性能测试。研究发现:Ga~(3+)在(La_(0.97)Sr_(0.03))_2(Mo_(1-y)Ga_y)_2O_(9-α)中的掺杂限度在0.05和0.08之间;DSC分析及电导率测试表明,y≤0.05双掺杂样品完全抑制了相变;在测试温度下、干燥以及湿润含氧气氛中,样品均几乎为纯氧离子导体,质子导电性可忽略不计;随着掺杂量y的增大,氧离子电导率先增大后降低,大小次序为:σ(y = 0.05) σ(y = 0) σ(y =


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