(La1-xSrx)2(Mo1-yMy)2O9-α(M=Al3+，Sc3+)及YSZ的合成、导电性及应用

论文摘要

氧离子固体电解质因其在固体氧化物燃料电池（SOFC）、氧传感器、温度传感器、透氧膜等方面有着广泛的应用而倍受关注。2000年Lacorre等人报道的一种新型的氧离子导体钼酸镧（La2Mo2O9）,即使不掺杂低价金属阳离子,其晶格内部也具有相当数量的本征氧空位,同等条件下具有高于稳定化ZrO2的氧离子电导率。本文通过高温固相法合成了双掺杂(La1-xSrx)2(Mo1-yAly)2O9 （x = 0.05,y = 0、0.01、0.03、0.05;x = 0.025,y = 0、0.01、0.03）系列样品,分别对样品进行了XRD、SEM表征。以该系列样品为固体电解质、多孔性铂为电极,采用交流阻抗谱、气体浓差电池等方法研究了各样品在550 1000℃下不同气氛中的导电特性。系列样品测试结果表明:样品均为单一立方相La2Mo2O9结构;氧浓差电池电动势的实测值与理论值吻合得很好,氧离子迁移数为1,表明样品在该温度下、氧气气氛中为纯氧离子导体; x = 0.025样品的导电性能优于x = 0.05样品的导电性能;该系列样品中, x = 0.025,y = 0.01的样品具有最高的电导率,1000℃时的电导率高达0.067 S·cm-1。首次通过高温固相法合成了La2(Mo1-zSc)2O9 （z = 0、0.01、0.03、0.05、0.07）系列样品,分别对样品进行了XRD、SEM表征。以该系列样品为固体电解质、多孔性铂为电极,采用交流阻抗谱、气体浓差电池方法研究了各样品在450 850℃下不同气氛中的导电特性。结果表明:样品均为单一立方相La2Mo2O9结构;氧浓差电池电动势的实测值与理论值吻合得很好,氧离子迁移数为1,表明样品在该温度下、氧气气氛中为纯氧离子导体;样品在高、低氧分压气氛中的导电性不同,在较高的氧分压范围（pO2 = 10-13 1atm）,电导率与氧分压变化无关,表明在该氧分压范围样品为纯的氧离子导体,这与氧浓差电池电动势测定结果相吻合;在较低的氧分压范围（pO2 = 10-14 10-20atm）,电导率随氧分压降低而升高,表明在该氧分压范围样品为氧离子与电子的混合导体,电子电导的产生与样品中的高价钼被还原为低价钼有关;掺杂量对样品的氧离子电导率有着显著影响:当Sc3+的掺杂量z≥0.05时能抑制相变;随着掺杂量z的增加,样品的电导率先增大后减小,在z = 0.05时电导率最高,850℃时电导率为0.04 S·cm-1。在基础性质研究的基础上,本文还进行了氧离子固体电解质的应用研究。以水热法合成的氧离子导体YSZ （8%Y2O3·ZrO2）作为电解质,制作了小型便携式氧传感器,用于测定钢瓶中高纯Ar等气体中的氧含量,这扩大了YSZ氧离子导体的应用范围,并为新型氧离子导体La2Mo2O9应用于氧传感器提供了重要参考。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• §1-1 新型无机非金属材料
• §1-2 氧离子固体电解质
• §1-3 新型氧离子固体电解质-钼酸镧
• §1-4 本论文的研究意义和主要内容
• 1-xSr_x)₂(Mo_1-yAl_y)₂O₉的合成及其电性能'>第二章 新型氧离子导体(La_1-xSr_x)₂(Mo_1-yAl_y)₂O₉的合成及其电性能
• §2-1 引言
• §2-2 实验部分
• §2-3 结果与讨论（x=0.05）
• §2-4 结果与讨论（x=0.025）
• 2(Mo_1-zSc_z)₂O₉ 的合成及其电性能'>第三章 新型氧离子导体La₂(Mo_1-zSc_z)₂O₉的合成及其电性能
• §3-1 引言
• §3-2 实验部分
• §3-3 结果与讨论
• §3-4 小结
• 第四章 水热法合成YSZ 及氧传感器的研制
• §4-1 引言
• §4-2 电解质合成及表征部分
• §4-3 氧传感器的研制
• §4-4 小结
• 总结
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文目录
• 致谢