高温质子导体的制备、结构、性能及应用研究

论文摘要

本文系统地研究了高温质子导体的制备、结构和性能，并在此基础上制得高温电化学传感器并进行了铝液测氢的应用研究。 采用不同的合成方法（高温固相合成法、溶胶凝胶法、燃烧合成法等）制备了高温质子导体。结合微波预处理技术的溶胶凝胶制备方法能有效的控制粉体颗粒的团聚，所得粉体的平均粒径为65nm，具有良好的烧结性能，烧结温度比高温固相法降低200～300℃，制得的高温质子导体的相对理论密度大于96％。同时采用Fisher模式识别方法对烧结工艺进行了优化分类及预报。 研究了SrCeO3基高温质子导体制备中各种因素（温度、掺杂种类、掺杂量等）对其结构与性能的影响。 利用紫外可见光谱、红外光谱和拉曼光谱研究了SrCeO3基系列高温质子导体的结构及性能随掺杂种类、掺杂量、烧结及不同气氛下的变化，佐证了掺杂SrCeO3体系质子导体的形成机理。 采用交流阻抗技术研究了SrCeO3基系列高温质子导体在不同气氛下（干燥空气、氢气氛、水蒸汽气氛等）的导电性能。 研究了高温质子导体器件中不同电极（Pt、Ag和Ni电极）的制备工艺及其性能的影响。探索研究了Ni电极的化学镀法制备及其影响因素。 制备了高温质子导体电化学传感器，并进行了铝液定氢的应用研究，取得了满意的结果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 引言
• 1.1 高温质子导体简介
• 1.1.1 固体电解质
• 1.1.2 高温质子导体
• 1.2 高温质子导体的应用
• 1.2.1 在制备氢气中的应用
• 1.2.2 在燃料电池中的应用
• 1.2.3 在金属熔体定氢中的应用
• 1.2.4 在化学反应器中的应用
• 1.2.5 在常压合成氨研究中的应用
• 1.3 本文研究的主要内容
• 1.4 参考文献
• 第二章 高温质子导体的制备与结构
• 2.1 常用制备技术概述
• 2.1.1 高温固相合成法
• 2.1.2 溶胶—凝胶法
• 2.2 药品及仪器设备
• 2.3 改进的高温固相合成法
• 2.3.1 合成工艺的确定
• 2.3.2 高温固相法制备
• 2.3.3 结果与讨论
• 2.4 改进的溶胶凝胶法
• 2.4.1 溶胶凝胶法制备
• 2.4.2 结果与讨论
• 2.4 溶胶凝胶燃烧合成
• 2.4.1 溶胶凝胶燃烧法制备
• 2.4.2 结果与讨论
• 2.5 材料的烧结工艺
• 2.5.1 烧结工艺简介
• 2.5.2 烧结工艺的优化
• 2.6 小结
• 2.7 参考文献
• 第三章 高温质子导体的光谱研究
• 3.1 高温质子导体的紫外光谱研究
• 3.1.1 实验原理和方法
• 3.1.2 结果与讨论
• 3.2 高温质子导体的红外光谱研究
• 3.2.1 实验原理和方法
• 3.2.2 结果与讨论
• 3.3 高温质子导体的拉曼光谱研究
• 3.3.1 实验原理和方法
• 3.3.2 结果与讨论
• 3.4 小结
• 3.5 参考文献
• 第四章 高温质子导体的电化学性能
• 4.1 交流阻抗谱原理
• 4.1.1 交流阻抗谱表示方法
• 4.1.2 微结构模型及等效电路
• 4.2 实验
• 4.2.1 药品及仪器设备
• 4.2.2 电极制备
• 4.2.3 电化学阻抗谱测定
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 电极的形貌分析
• 4.3.2 陶瓷表面化学镀镍的影响因素
• 4.3.3 水蒸汽气氛下的电化学性能
• 4.3.4 氢气气氛下的电化学性能
• 4.3.5 空气气氛下的电化学性能
• 4.3.6 银电极的电化学性能
• 4.4 小结
• 4.5 参考文献
• 第五章 高温电化学传感器的制备及应用
• 5.1 金属熔体中氢含量的测定原理
• 5.2 传感器的制备及铝液测氢实验
• 5.2.1 药品及设备
• 5.2.2 传感器的制备
• 5.2.3 铝液测氢实验
• 5.3 实验结果和讨论
• 5.3.1 传感器制备的影响因素
• 5.3.2 结果分析
• 5.4 小结
• 5.5 参考文献
• 结论
• 攻读博士学位阶段发表的论文
• 致谢