SrHfO3基质子导体的制备及应用

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采用高温固相反应法成功制备了铪酸锶基高温质子导体,并对其烧结性能、电学性能和化学稳定性能进行了研究,最终制备了新型的质子-电子混合导体透氢膜。用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)方法分析样品的物相结构、微观形貌,通过交流阻抗谱(EIS)和四电极法(FEM)等方法对样品电学性能进行研究,接着测试了其化学稳定性能和透氢性能。制备了Yb不同比例掺杂的SrHf1-xYbxO3-δ(x=0.10、0.15、0.20、0.25、0.3)(SHYb)样品,根据XRD和SEM分析可知,样品均形成了钙钛矿结构且致密。其中Sr Hf0.85Yb0.15O3-δ在湿润空气中的总电导率700℃下可以达到4.46×10-3S·cm-1。稳定性测试结果表明,SHYb系列样品在H2O、湿空气、CO2、H2S和H2气氛中的化学稳定性良好。最后通过外短路法测试样品的透氢性能,SrHf0.85Yb0.15O3-δ透氢膜在温度900℃,配气为70%H2/He下透氢量为0.0255 m L?min-1?cm-2。制备了Y和Yb不同比例共掺杂的SrHf0.8Y0.2-xYbxO3-δ(x=0、0.05、0.10、0.15、0.20)(SHYYb)样品,XRD测试表明Y3+和Yb3+已经有效地进入SrHfO3的晶格中。SEM测试则表明SHYYb样品非常的致密,阻抗测试表明Sr Hf0.80Yb0.20O3-δ(x=0.20)样品电导率最高,其总电导率在湿润空气中700℃下可以达到3.68×10-3S·cm-1。稳定性测试表明SHYYb样品在H2O、湿空气、CO2、H2和H2S等气氛中的化学稳定性良好。制备了以SHYYb为质子导电相,SFO为电子导电相的双相质子-电子混合导体SrHf0.8Yb0.2O3-δ-SrFeO3(SHYYb-SFO)(质量比70:30、80:20、90:10),其中。XRD测试表明所有样品均形成固熔体,且无杂相生成。SEM测试表明样品非常致密,四电极测试表明样品电导率随着电子相比例的增大而增大,Sr Hf0.8Fe0.2O3-δ-Sr FeO3(70:30)电导率最高即在空气中700℃的电导率为1.65×10-1 S·cm-1。且样品在H2O、湿空气、CO2、H2S和H2气氛中的化学稳定性良好。最后通过样品透氢性能的测试,Sr Hf0.80Yb0.20O3-δ-SrFeO3(80:20)透氢膜在温度900℃,配气为70%H2/He下透氢量为0.6521 m L?min-1?cm-2。图33幅;表6个;参87篇。
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