论文部分内容阅读
高温质子导体（HTPC）自八十年代初期见诸报道以来，人们已经作了大量工作，包括：传导机制、结构测定、相关电性质、应用研究等。由于高温质子导体在高温条件下的含氢气氛中展现出质子传导性，故在传感器，燃料电池，气体分离等方面有很大的潜在应用价值。鉴于HTPC的工作温度位于工业化加氢和脱氢反应的温度范围，在工业化加氢和脱氢反应应用中有着潜在的应用前景。而George Marnellos和Michael Stoukides关于利用HTPC在常压下合成氨的报道，使这种应用前景显得更加具体，更有吸引力。 本文对HTPC的纳米技术制备进行了探索，合成了三类HTPC—SCY(SrCe0.95Y0.05O3-δ，BCNd(BaCe0.9Nd0.1O3-δ，BCN18(Ba3Ca1.18Nb1.82O9-δ。试图通过采用纳米技术制备来降低材料的烧结温度，缩短材料的烧结时间，提高材料的硬度和机械强度，提高材料的致密度，从而提高其质子传导性和改善其加工特性。通过改变温度，气体组成，湿度等参数对所得HTPC的电性质进行测试。并将合成的致密SCY型和BCNd型HTPC用于氨的电化学合成。本文由以下内容组成： （1）利用柠檬酸盐溶胶-凝胶法制备出了三种高温质子导体材料的纳米粉体，粒径分布为30-60nm。将纳米粉体和常规粉体高温固相反应烧结特性进行对比，发现纳米粉体比常规粉体高温固相反应制备样品所需时间缩短，烧结温度降低，致密度有所提高。纳米粉体制备的烧结陶瓷具有较高的硬度和机械强度，更能满足应用中对材料的强度要求。（2）中温区（400－600’C）电导特性 随温度升高，不同气氛中，SCY和BCNd材料的电导率均逐渐增大，得出电导率6与温度T之间满足如下的Atrilenius关系： （E＼ 了一A exp n f “＼大了J 在空气气氛中，以电子和氧离子导电为主。当样品处于含氢气气氛中时，电导率明显增大，质子传导占主导地位。样品在湿润气氛中的电导率明显大于干燥气氛中的电导率。 样品致密度提高，相同电导测试条件下质子传导性增大，证明了纳米技术改进的致密材料的电导优于常规的高温固相反应制备的材料。 O）高温质子导体在合成氨中的应用 用纳米技术制备的SCY基和BCNd基HTPC作为单室电解池的固态电解质，进行了常压下氨的合成。 以SCY作为固体电解质时，反应合成氨的适宜温度为480’C，氨的最高产率为 2．SX 10”’moU＊。m2)。以 BCNd作为固体电解质时，反应合成氨的适宜温度为 500℃，氨的最高产率为 8．gX10”’mOVh．Cd)。 与文献中传统固相反应法制得的HTPC结果(氨最高产率570’C时，SX10－’‘moVk．cmZ》相比较，结果表明，由于采用纳米技术制备了HTPC材料，其质子传导性能有了提高，所以氨的产率提高了2〕个数量级，同时，由于BaCeO。基质子导体比SrCeO。基电导率更高，因此获得了更高的氨产率。