溶胶—凝胶法合成钙钛矿型复合氧化物La_（1-x）Sr_xFe_（1-y）Co_yO_3 的实验研究

【摘要】：钙钛矿型复合氧化物作为一种与环保和能源课题密切相关的新型材料，引起了国内外许多科研人员的关注。由于钙钛矿型氧化物的结构和性能与制各过程密切相关，所以对其制备的研究至关重要。为了进一步推动钙钛矿型复合氧化物的理论和实际应用发展，本文系统研究了EDTA螯合溶胶—凝胶法制备钙钛矿复合氧化物的工艺过程，以改进制备方法，并使制备方法具有可重复性和可靠性，用来合成结构和性能优良的钙钛矿型复合掺杂氧化物。 采用EDTA螯合溶胶—凝胶法制备了钙钛矿型复合氧化物La_(1-x)Sr_xFe_(1-y)Co_yO_3体系，借助X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)和扫描电镜(SEM)、比表面测试、热分析(TG-DTA)、氧程序升温热脱附(O_2-TPD)以及激光粒度分析等分析测试手段对实验过程和所制备的材料进行了研究。通过实验改变不同的体系组成、螯合剂用量、pH值、蒸发溶剂温度、乙二醇用量和焙烧温度等条件，探讨了各种条件的改变对实验过程和结果的影响，并利用样品对煤的催化燃烧考察其催化性能。确定了EDTA螫合溶胶—凝胶法制各钙钛矿型复合氧化物实验的优化条件，设计了最佳制备工艺过程。 成功合成了La_(1-x)Sr_xFeO_3(x≤0.8)粉末样品和La_(1-x)Sr_xFe_(1-y)Co_yO_3(x=0.2；y=0.2，0.4)粉末样品。X射线衍射分析(XRD)表明所有样品均为钙钛矿氧化物结构，没有简单金属氧化物或其它杂相存在。合成的La_(1-x)Sr_xFeO_3样品由正交晶系向菱方晶系转变，La_(1-x)Sr_xFe_(1-y)Co_yO_3(x=0.2；y=0.2，0.4)样品为菱方钙钛矿氧化物结构。随着Sr掺杂量x的增加，X射线衍射峰向高角度移动，表明晶胞向尺寸减小的方向畸变。TEM观察粉术样品颗粒为球状颗粒，平均粒径约为61 nm。通过扫描电子显微镜(SEM)观察其形貌为多孔质，BET(N_2吸附)法测定比表面积为11.6m~2／g，平均孔容量0.034cc／g，平均孔径11.9nm。激光粒度分析表明样品平均粒度约0.18μm，粒度分布比较均匀。通过差热—热重分析(TG—DTA)研究了干凝胶热分解过程，TG曲线在650℃以上趋于平稳，说明晶体已经基本形成。O_2-TPD曲线表明钙钛矿结构中存在表面弱吸附氧、氧空位吸附氧和晶格氧。样品与煤混合燃烧的TG-DTA结果表明：该实验过程中样品对煤燃烧的催化效果不明显，主要原因是样品与煤混合很不均匀以及富氧气氛的影响，须进一步考察其催化性能。 实验确定制备的优化工艺条件为：溶液的pH值控制在中性到碱性范围内；对有机试剂量进行选择时，合适的比例是金属离子与EDTA螯合剂的摩尔比在 昆明理T大学硕l:学位论文摘要2004一05 一一，一.—一—一——一——一一一一一百一一一一一一一一---~~~~~~~~~~~~~~~一 1:1.1一1:1.2之间，乙二醇与EDTA鳌合剂的摩尔比为3:l;脱水温度在60℃一70 ℃之间;焙烧温度在700℃~800℃之间。实验结果表明采用EDTA鳌合溶胶一凝 胶法制备复合掺杂钙钦矿氧化物工艺过程温度低，能获得单一、均匀和粒度较小 的钙钦矿型复合氧化物粉末，且制备过程的稳定性和可重现性良好。