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层状结构La2NiO4+δ体系混合导体的化学合成、结构与性能研究

2020-11-23阅读(595)

层状结构La2NiO4+δ体系混合导体的化学合成、结构与性能研究

论文摘要

A2BO4型La2NiO4+δ体系化合物具有优良的氧离子传输性能和合适的热膨胀系数(～13.0×10-6K-1)，很有希望成为中温固体氧化物燃料电池（SOFC）的新型阴极材料。本论文采用氨基多羧酸配合物法合成La2NiO4+δ体系材料，研究La2NiO4+δ体系材料的结构和导电性能随组成与制备工艺条件的变化规律，探讨La2NiO4+δ体系材料的导电性能与晶体结构、显微结构和电子结构的内在联系，其目的在于探索La2NiO4+δ体系的新型化学合成方法和弄清影响La2NiO4+δ体系材料导电性能的各种因素及其作用机理。 采用氨基多羧酸配合物法合成了La2NiO4+δ体系粉料，探讨了氨基多羧酸配合物前驱体的热分解行为及合成产物的形成过程，研究了合成条件对合成粉料的晶体结构和显微形态的影响。结果表明，以二乙三氨五乙酸（H5DTPA）为络合剂，金属阳离子与H5DTPA的摩尔比为3：1.7时可获得单一K2NiF4相的La2NiO4+δ超细粉料；非晶态氨基多羧酸配合物前驱体中H5DTPA与金属阳离子形成双齿配位结构；在氨基多羧酸配合物前驱体的热处理过程中，700℃时开始形成K2NiF4结构的物相，但同时还存在少量的杂相，在900～950℃下热处理后形成单一K2NiF4结构的合成产物。在合成温度较低（900～950℃）和合成时间较短（～2h）的条件下，合成出具有单一K2NiF4结构的La2NiO4+δ体系超细粉料，解决了La2NiO4+δ体系合成困难的问题。 采用常规固相烧结法制备了La2NiO4+δ体系陶瓷，研究了烧结温度对材料的结构和导电性能的影响。结果表明，烧结温度对La2NiO4+δ体系陶瓷的显微结构和实际化学计量产生明显的影响，合理控制La2NiO4+δ体系陶瓷的烧结温度对于获得优良的导电性能具有重要作用。根据导电性能的研究结果，确定La2NiO4+δ陶瓷的最佳烧结温度为1300℃。La2NiO4+δ陶瓷总电导率的最大值达到102.9S·cm-1，在中温范围内（600～800℃）的总电导率为75.5～95.3S·cm-1，明显优于传统固相法制备La2NiO4+δ陶瓷的导电性能，体现出氨基多羧酸配合物法在制备La2NiO4+δ材料方面的优越性。 研究了Sr2+的A位取代对La2NiO4+δ结构与导电性能的影响。La2-xSrxNiO4+δ（x=0.1～0.3）体系材料具有四方结构（空间群为I4／mmm）。对于[NiO6]八面体结构，Sr2+的引入引起Ni-O1键（对应于ab轴平面）和Ni-O2键（沿c轴方向）的键长降低，Ni-O2键与Ni-O1键的键长比降低，表明[NiO6]八面体结构的对称性增强。在岩盐层中，Sr2+取代部分La3+使得沿c轴方向的La／Sr-O2×（1）键的键长增大，表明岩盐层的层间距增大。Sr2+的A位取代引起La2NiO4+δ的非化学计量氧含量（δ）降低，Ni3+的相对含量增加。在La2-xSrxNiO4+δ（x=0～0.3）体系陶瓷中，Sr2+含量的增加显著提高了材料的总电导率水平，在x=0.2时材料总电导率水平达到最佳。与Sr2+含量较低的组成相比，在1550℃下烧结的La1.7Sr0.3NiO4+δ陶瓷在高温段总电导率随温度的变化比较平缓，在高温段仍然保持较高的总电导率。在600～800℃温度范围内，在1500℃下烧结的La1.8Sr0.2NiO4+δ陶瓷和在1550℃下烧结的La1.7Sr0.3NiO4+δ陶瓷的总电导率分别为95.9～114.2S·cm-1和101.7～107.0S·cm-1，基本达到对中温SOFC阴极材料导电性能的基本要

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 绪论
  • 1.1 固体氧化物燃料电池
  • 1.2 固体氧化物燃料电池阴极材料的研究
  • 2NiO4+δ体系混合导体的研究现状'>1.3 La2NiO4+δ体系混合导体的研究现状
  • 1.4 本论文的研究目的和意义
  • 1.5 本论文的研究思路
  • 2NiO4+δ材料的合成、制备与性能研究'>第二章 La2NiO4+δ材料的合成、制备与性能研究
  • 2.1 引言
  • 2NiO4+δ材料的合成与制备'>2.2 La2NiO4+δ材料的合成与制备
  • 2.2.1 氨基多羧酸配体的选择
  • 2.2.2 主要仪器与主要原材料
  • 2.2.3 氨基多羧酸配合物前驱体的制备
  • 2NiO4+δ粉料的合成'>2.2.4 La2NiO4+δ粉料的合成
  • 2NiO4+δ陶瓷的制备'>2.2.5 La2NiO4+δ陶瓷的制备
  • 2.3 材料结构表征及性能测试方法
  • 2.3.1 热分析
  • 2.3.2 显微结构分析
  • 2.3.3 X射线衍射分析
  • 2.3.4 红外光谱分析
  • 2.3.5 光电子能谱分析
  • 2.3.6 陶瓷样品的线收缩率和体积密度测试
  • 2.3.7 陶瓷样品的非化学计量氧含量测试
  • 2.3.8 陶瓷样品的导电性能测试
  • 2.3.9 陶瓷样品的热膨胀性能测试
  • 2.4 氨基多羧酸配合物和合成粉料的表征
  • 2.5 制备工艺条件对结构与性能的影响
  • 2.6 本章小结
  • 2-xSrxNiO4+δ体系材料的合成、结构与性能研究'>第三章 La2-xSrxNiO4+δ体系材料的合成、结构与性能研究
  • 3.1 引言
  • 2-xSrxNiO4+δ体系材料的合成与制备'>3.2 La2-xSrxNiO4+δ体系材料的合成与制备
  • 2-xSrxNiO4+δ体系陶瓷的结构'>3.3 La2-xSrxNiO4+δ体系陶瓷的结构
  • 2-xSrxNiO4+δ体系陶瓷的晶体结构分析'>3.3.1 La2-xSrxNiO4+δ体系陶瓷的晶体结构分析
  • 2-xSrxNiO4+δ体系陶瓷的显微结构分析'>3.3.2 La2-xSrxNiO4+δ体系陶瓷的显微结构分析
  • 2-xSrxNiO4+δ体系陶瓷的红外光谱分析'>3.3.3 La2-xSrxNiO4+δ体系陶瓷的红外光谱分析
  • 2-xSrxNiO4+δ体系陶瓷的光电子能谱分析'>3.3.4 La2-xSrxNiO4+δ体系陶瓷的光电子能谱分析
  • 2-xSrxNiO4+δ体系陶瓷的非化学计量氧含量分析'>3.3.5 La2-xSrxNiO4+δ体系陶瓷的非化学计量氧含量分析
  • 2-xSrxNiO4+δ体系陶瓷的性能'>3.4 La2-xSrxNiO4+δ体系陶瓷的性能
  • 2-xSrxNiO4+δ体系陶瓷的总电导率'>3.4.1 La2-xSrxNiO4+δ体系陶瓷的总电导率
  • 2-xSrxNiO4+δ体系陶瓷的氧离子电导率'>3.4.2 La2-xSrxNiO4+δ体系陶瓷的氧离子电导率
  • 2-xSrxNiO4+δ体系陶瓷的热膨胀性能'>3.4.3 La2-xSrxNiO4+δ体系陶瓷的热膨胀性能
  • 2-xSrxNiO4+δ体系陶瓷导电性能和结构的相关性'>3.5 La2-xSrxNiO4+δ体系陶瓷导电性能和结构的相关性
  • 3.6 本章小结
  • 2Ni1-yCoyO4+δ体系材料的合成、结构与性能研究'>第四章 La2Ni1-yCoyO4+δ体系材料的合成、结构与性能研究
  • 4.1 引言
  • 2Ni1-yCoyO4+δ体系材料的合成与制备'>4.2 La2Ni1-yCoyO4+δ体系材料的合成与制备
  • 2Ni1-yCoyO4+δ体系陶瓷的结构'>4.3 La2Ni1-yCoyO4+δ体系陶瓷的结构
  • 2Ni1-yCoyO4+δ体系陶瓷的晶体结构分析'>4.3.1 La2Ni1-yCoyO4+δ体系陶瓷的晶体结构分析
  • 2Ni1-yCoyO4+δ体系陶瓷的显微结构分析'>4.3.2 La2Ni1-yCoyO4+δ体系陶瓷的显微结构分析
  • 2Ni1-yCoyO4+δ体系陶瓷的红外光谱分析'>4.3.3 La2Ni1-yCoyO4+δ体系陶瓷的红外光谱分析
  • 2Ni1-yCoyO4+δ体系陶瓷的光电子能谱分析'>4.3.4 La2Ni1-yCoyO4+δ体系陶瓷的光电子能谱分析
  • 2Ni1-yCoyO4+δ体系陶瓷的非化学计量氧含量分析'>4.3.5 La2Ni1-yCoyO4+δ体系陶瓷的非化学计量氧含量分析
  • 2Ni1-yCoyO4+δ体系陶瓷的性能'>4.4 La2Ni1-yCoyO4+δ体系陶瓷的性能
  • 2Ni1-yCoyO4+δ陶瓷的总电导率'>4.4.1 La2Ni1-yCoyO4+δ陶瓷的总电导率
  • 2Ni1-yCoyO4+δ陶瓷的氧离子电导率'>4.4.2 La2Ni1-yCoyO4+δ陶瓷的氧离子电导率
  • 2Ni1-yCoyO4+δ陶瓷的热膨胀性能'>4.4.3 La2Ni1-yCoyO4+δ陶瓷的热膨胀性能
  • 2Ni1-yCoyO4+δ体系陶瓷导电性能和结构的相关性'>4.5 La2Ni1-yCoyO4+δ体系陶瓷导电性能和结构的相关性
  • 4.6 本章小结
  • 2NiO4+δ体系材料的合成、结构与性能研究'>第五章 双位复合取代La2NiO4+δ体系材料的合成、结构与性能研究
  • 5.1 引言
  • 2-xSrxNi1-yCoyO4+δ体系材料的合成、结构与性能'>5.2 La2-xSrxNi1-yCoyO4+δ体系材料的合成、结构与性能
  • 2-xSrxNi1-yCoyO4+δ体系粉料的合成'>5.2.1 La2-xSrxNi1-yCoyO4+δ体系粉料的合成
  • 2-xSrxNi1-yCoyO4+δ体系陶瓷的烧结性能'>5.2.2 La2-xSrxNi1-yCoyO4+δ体系陶瓷的烧结性能
  • 2-xSrxNi1-yCoyO4+δ体系陶瓷的导电性能'>5.2.3 La2-xSrxNi1-yCoyO4+δ体系陶瓷的导电性能
  • 2-xSrxNi1-yCoyO4+δ体系陶瓷的结构'>5.2.4 La2-xSrxNi1-yCoyO4+δ体系陶瓷的结构
  • 1.9Sr0.1Ni0.9Cu0.1O4+δ的合成、结构与性能'>5.3 La1.9Sr0.1Ni0.9Cu0.1O4+δ的合成、结构与性能
  • 1.9Sr0.1Ni0.9Cu0.1O4+δ粉料的合成'>5.3.1 La1.9Sr0.1Ni0.9Cu0.1O4+δ粉料的合成
  • 1.9Sr0.1Ni0.9Cu0.1O4+δ陶瓷的烧结性能'>5.3.2 La1.9Sr0.1Ni0.9Cu0.1O4+δ陶瓷的烧结性能
  • 1.9Sr0.1Ni0.9Cu0.1O4+δ陶瓷的导电性能'>5.3.3 La1.9Sr0.1Ni0.9Cu0.1O4+δ陶瓷的导电性能
  • 1.9Sr0.1Ni0.9Cu0.1O4+δ陶瓷的结构'>5.3.4 La1.9Sr0.1Ni0.9Cu0.1O4+δ陶瓷的结构
  • 5.4 本章小结
  • 第六章 结论与展望
  • 6.1 结构
  • 6.2 展望
  • 参考文献
  • 博士期间发表及待发表的论文
  • 致谢

    • 相关论文文献

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