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烧绿石及萤石型高温质子导体合成及其在电化学合成氨中的应用

谢亚红  
【摘要】:本文利用高温质子导体作为固体电解质进行了常压电化学方法合成氨的工作,全文可分为综述部分和实验部分。 在综述部分,本文介绍了高温质子导体研究方面的最新进展,归纳总结了具有高温质子导电性能的复合氧化物基本类型、工作温度及其质子导电率,并对高温质子导体的应用、前景和发展趋势做的详细的阐述。本文的研究对象是萤石型高温质子导体和烧绿石型高温质子导体,因此文章中对这两种质子导体的结构特点、离子传导机理、离子传导特性,以及在国内外的研究现状作为详细的阐述。 此外,本文还对氨对于人类社会发展的重要意义,传统哈伯(Harber)氨合成法的基本原理,各种合成氨新方法的探索,以及利用高温质子导体作为电解质常压电化学方法合成氨的发展状况及基本原理做了较详细的介绍,用催化活性的非法拉电化学修饰效应(NEMCA效应)解释了电化学方法合成氨中氨产率异常增大的现象,并系统介绍了NEMCA效应。 复合氧化物的制备方法有许多种,本文选择柠檬酸盐溶胶—凝胶法制备萤石型结构及烧绿石型结构复合氧化物,并介绍了柠檬酸盐溶胶—凝胶法的工作原理及其特点。 在实验部分,本文采用柠檬酸盐溶胶—凝胶法成功制备了萤石型复合氧化物Ce_(1-x)Ln_xO_(2-δ)(Ln=La,Y,Gd,Sm)、(Ce_(0.8)La_(0.2))_(1-x)Ca_x O_(2-δ)(x=0、0.05)、La_(1.9)Ca_(0.1)Ce_2O_(6.95)及烧绿石型复合氧化物La_(1.9)Ca_(0.1)Zr_2O_(6.95)和La_(2-α)Ca_αZr_(2-β)Ce_βO_(7-δ)(α=0、0.05;p=0、0.2、0.4)。用热重—差热分析(TG—DTA分析)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(XRD)分析对各种合成的氧化物进行了物相鉴定,用透射电镜(TEM)对焙烧粉体形貌进行表征,并用扫描电镜(SEM)对高温烧结陶


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