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La_(0.9)Sr_(0.1)Ga_(1-x)M_xO_(3-α)(M=Zn2+,Mg2+)陶瓷的合成及其电性能研究

朱剑莉  
【摘要】: 高温质子导体因其具有特殊的质子导电功能,在固体氧化物燃料电池,气体传感器,有机物的氢化和脱氢,氢的电解制备、分离和提纯、常压合成氨等能源变换及薄膜反应器方面有着重要的应用价值和广泛的应用前景。 1994年,Ishihara首次发现Sr~(2+)和Mg~(2+)掺杂的LaGaO_3基陶瓷是优良的氧离子导体,已成为较理想的中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFC)固体电解质候选材料之一。但在过去十多年中,人们的研究集中在LaGaO_3基陶瓷的氧离子导电性能上。最近,本人所在课题组首次报道了La_(0.9)Sr_(0.1)Ga_(0.8)Mg_(0.2)O_(3-α)吨在氢气气氛中具有优良的质子导电性。但至今尚未见到Sr~(2+)和Zn~(2+)掺杂的LaGaO_3基陶瓷质子导电性的报道;此外,LaGaO_3基陶瓷的传统制备方法是固相法,但固相法制备的LaGaO_3基陶瓷常含有杂相。 本研究采用高温固相法、溶胶—凝胶法(Sol-Gel法)和微乳液法等方法合成了La_(0.9)Sr_(0.1)Ga_(1-x)M_xO_(3-α)(M=Mg~(2+),Zn~(2+))陶瓷;分别采用交流阻抗谱、气体浓差电池和电化学分子透过等多种电化学方法研究了样品在600~1000℃下各种气氛中的离子导电性能。本研究的主要成果如下:(1)采用三种方法合成了La_(0.9)Sr_(0.1)Ga_(1-x)M_xO_(3-α)吨陶瓷,其中,溶胶—凝胶法和微乳液法合成的陶瓷样品为单一斜方钙钛矿相结构,成功地解决了固相法合成的镓酸镧基陶瓷存在的杂相问题;(2)首次发现La_(0.9)Sr_(0.1)Ga_(1-x)Zn_xO_(3-α)吨陶瓷在氢气气氛中具有优良的质子导电性能,其质子迁移数为1,高于700℃时的质子电导率均在10~(-2)S·cm~(-1)以上;(3)发现La_(0.9)Sr_(0.1)Ga_(1-x)M_xO_(3-α)吨陶瓷在湿润空气气氛中是混合离子(质子+氧离子)导体;(4)发现La_(0.9)Sr_(0.1)Ga_(1-x)M_xO_(3-α)陶瓷在干燥含氧气气氛中是纯的氧离子导体;(5)比较了Sr、Zn~(2+)和Sr、Mg~(2+)掺杂的LaGaO_3基陶瓷的电性能的异同,并对其差异的原因进行了研究。


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