鈣鈦礦型混合導(dǎo)體透氧膜材料的制備和性能研究.pdf

1、鈣鈦礦型陶瓷材料具有良好的催化活性，電化學(xué)特性等，在純氧生產(chǎn)、電池電極材料，以及化工催化領(lǐng)域都有著良好的應(yīng)用前景。對于面向?qū)嶋H應(yīng)用的透氧膜材料來說，提高膜材料的透氧量和解決低氧分壓氣氛中膜穩(wěn)定性等是其實現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵。為此，需解決提高材料的透氧量和性能穩(wěn)定性等問題。影響陶瓷膜性能的因素較多，例如膜材料的組成、微觀結(jié)構(gòu)，膜的表面修飾等。本論文對Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ陶瓷膜的制備工藝、微觀結(jié)構(gòu)及性能等進(jìn)行研究，

2、并考察表面修飾對Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ膜材料的透氧性能的影響，此外，還考察了Sc和Cr摻雜對BaFeO3材料電性能和透氧性能等的影響，以探索新型的無Co透氧膜材料的制備。全文所得主要結(jié)論如下:
　　(1)通過甘氨酸-硝酸鹽法，在900℃以上煅燒前驅(qū)體粉末，可以獲得具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ粉體。并在不同的溫度下燒結(jié)制備了燒結(jié)體材料，測得1000℃、1050℃和1100

3、℃燒結(jié)所得燒結(jié)體在900℃的透氧量分別為0.81 ml·cm-2·min-1、1.13 ml·cm-2·min-1和1.56 ml·cm-2·min1。1000℃、1050℃和1100℃燒結(jié)所得Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ燒結(jié)體在400-800℃的平均熱膨脹系數(shù)分別為14.34×10-6K-1，15.46×10-6K-1，15.34×10-6K-1。
　　(2)通過硝酸浸蝕對BSCF透氧膜表面進(jìn)行修飾處理，使膜

4、表面由原來的致密狀態(tài)變得粗糙不平，增加了膜的比表面積，有利于表面氧交換反應(yīng)的進(jìn)行。且發(fā)現(xiàn)延長硝酸浸蝕時間會加強酸蝕的反應(yīng)，膜表面會變得更加粗糙不平。對表面修飾過膜片的透氧率測試表明，經(jīng)硝酸浸蝕20min后膜片的透氧量提高了1.6-4.5倍，而經(jīng)硝酸浸蝕10min后膜片的透氧量提高了1.4-3.8倍，這可能是由于膜表面的粗糙水平不同造成。
　　(3)采用甘氨酸-硝酸鹽法制備了BaFe1-yNyO3-δ(N=Sc、Cr，y=0、0.0

5、5、0.1、0.15)粉體，并制備相應(yīng)的透氧膜材料。XRD表明，BaFeO3-δ材料在室溫下是六方相，少量Sc的摻雜可使材料在室溫下轉(zhuǎn)變?yōu)榱⒎浇Y(jié)構(gòu)，少量Cr的摻雜也促進(jìn)BaFeO3-δ氧化物在室溫下轉(zhuǎn)變?yōu)榱⒎较?。電?dǎo)率和透氧量的測試結(jié)果表明，少量Sc和Cr的摻雜會提高BaFeO3-δ的電導(dǎo)率和透氧量。BaFe0.95Sc0.05O3-δ-在450℃時電導(dǎo)率可達(dá)7.2S·cm-1，約是BaFeO3-δ材料的60倍;BaFe0.95Cr00