论文部分内容阅读
众所周知,无机质子导体是一类重要的功能材料。它们可用作燃料电池、氢传感器、常压合成氨等多种电化学装置的固体电解质,具有十分重要的应用价值和广阔的应用前景。最近,一类新型中温(100―600°C)无机固体质子导体—焦磷酸盐(MP2O7)引起了人们的极大兴趣。MP2O7基导电材料在中温下具有较高的质子电导率,且难溶于水、热稳定性也较高。但至今未见系列样品Sn1-xZnxP2O7的相纯度和电化学性能的报道以及Ga3+掺杂TiP2O7导电陶瓷材料的报道。基于以上情况,本论文主要对MP2O7(M=Sn、Ti)基导电材料的中温电性能进行了研究。主要研究工作及结果如下:(1)第一章—绪论。简要介绍了一些典型的固体电解质材料、无机质子导体,有关的缺陷化学及传导机制、应用等。概述了MP2O7(M=Sn、Ti)基中温电解质材料的研究背景,提出了本论文的研究内容及研究意义。(2)第二章—Sn1-xZnxP2O7的制备及中温电性能研究。制备了Sn1-xZnxP2O7(x=0,0.03,0.06,0.09,0.12)系列陶瓷样品, XRD测试结果表明:Sn1-xZnxP2O7的掺杂限度为9mol%。掺杂离子浓度x对样品电导率有着显著的影响:σ (x=0.12)<σ (x=0.00)<σ(x=0.03)<σ (x=0.06)<σ (x=0.09)。x=0.09的陶瓷样品在湿润空气和湿润氢气中600°C下,电导率分别达到最大值1.69×10-4S·cm-1和1.91×10-4S·cm-1。气体浓差电池电动势的测定结果表明,样品在湿润氢气气氛中是一个纯的离子导体,主要表现为质子导电,同时有部分氧离子导电。样品在湿润空气气氛中是一个离子和电子空穴的混合导体,主要表现为电子空穴导电,同时有部分离子导电。(3)第三章—TiP2O7基陶瓷的制备及中温电性能研究。制备了Ti1-xGa)xP2O7(x=0,0.03,0.06,0.09)系列样品;以ZnO为烧结助剂,制备了Ti0.97Ga0.03P2O7+ywt%ZnO (y=1,2,3)陶瓷样品。XRD测试结果表明:Ti1-xGaxP2O7的掺杂限度为3mol%,经1000°C烧结的Ti0.97Ga0.03P2O7+2wt%ZnO陶瓷样品具有单一的相结构。Ti0.97Ga0.03P2O7+2wt%ZnO样品在空气中600°C时电导率达最大值为8.02×10-5S·cm-1。在较高氧分压(约10-51atm)范围内,电导率与氧分压的变化无关,表明在该氧分压范围内样品为纯的离子导体;而在低氧分压(约10-510-20atm)范围内,电导率随着氧分压的降低而升高,表明样品在该氧分压范围内具有一定的电子导电性,是离子与电子的混合导体。气体浓差电池电动势的测定结果表明,样品Ti0.97Ga0.03P2O7+2wt%ZnO在湿润氢气气氛中是一个离子和电子的混合导体,在湿润氧气气氛中几乎是一个纯的离子导体,主要表现为氧离子导电,同时有部分质子导电。