低温固相反应法制备钠快离子导体NaZr 2 （PO 4 ） 3 粉体

发布时间：2020-12-17 19:57

　　为了进一步促进钠快离子导体磷酸锆钠（NaZr₂（PO₄）₃）粉体的实际应用,本文提出了一种以氧氯化锆（ZrOCl₂·8H₂O）和二水磷酸二氢钠（NaH₂PO₄·2H₂O）为原料的低温固相反应法制备NaZr₂（PO₄）₃粉体。通过XRD,SEM和Raman等测试手段系统研究了磷酸盐用量对制备磷酸锆钠粉体的影响。结果表明:采用超量的磷酸盐有利于纯相磷酸锆钠粉体的合成。同时当锆盐与磷酸盐的摩尔比为2∶5.4时,能够合成平均粒径1μm,尺寸均匀,分散性良好的磷酸锆钠粉体。研究发现研磨时发生的固相反应对磷酸锆钠粉体的制备有重要作用,一方面促进了无定型磷酸锆钠的产生,有利于磷酸锆钠晶体形成;另一方面原位生成的氯化钠为晶体的生长提供了良好的液相环境,促进了磷酸锆钠粉体的低温合成。该工作为磷酸锆钠粉体的大规模生产提供了一条简单有效的方法。 

【文章来源】：人工晶体学报. 2020年03期 北大核心

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

固相反应后所得混合物水洗和未水洗的XRD图谱

图2为不同磷酸盐用量所得样品(P0～P5)的SEM照片。从图中可以看出,制备所得的磷酸锆钠粉体为立方块状,这也与其他文献报道相一致[9,16]。随着磷酸盐用量的增加,磷酸锆钠粉体的粒径逐渐减小且趋于均匀化,尺寸从最大的3 μm降低至平均尺寸约1 μm。这是由于在达到体系熔点后有液相熔盐产生,且随着磷酸盐用量的提高液相量也随之增加,这使得晶体生长基元的传质间距增大,因此导致晶体生长发育能力下降,晶体尺寸降低[21]。此外,由于熔盐在晶体生长过程中还起到了隔绝晶体颗粒黏连的作用,因此随着磷酸盐用量的增加,颗粒的分散性和均匀性有所提高。综合以上结果,当氧氯化锆与磷酸盐摩尔比为2∶5.4 (P4样品)时,能够得到粒径平均尺寸1 μm,分散性良好且尺寸均匀的磷酸锆钠粉体。2.2 磷酸锆钠粉体的制备机理

根据磷酸锆钠的化学式NaZr2(PO4)3可知,其Zr与P元素的摩尔配比为2∶3。有相关文献报道,在磷酸锆钠族材料的煅烧合成过程中,由于Na和P元素的挥发,会产生氧化锆杂相,从而导致合成物相不纯,性能下降[19-20]。因此,在制备磷酸锆钠粉体时,Na和P的用量对物相的合成具有重要影响。而在本实验中Na元素和P元素均来自于原料NaH2PO4·2H2O。因此重点探究了过量NaH2PO4·2H2O对制备磷酸锆钠粉体的影响。图1为不同磷酸盐用量所得样品(P0～P5)的XRD图谱。从图中可以看出,所得样品的主晶相均为磷酸锆钠相(JCPDS No.33-1312)。其中,P1～P5所得样品为单一的磷酸锆钠相,并未发现其它杂质相。而在P0样品的XRD图谱中,出现了少量的单斜氧化锆(m-ZrO2)和Na2Zr(PO4)2杂相。由于P0样品是按照Zr与P摩尔比2∶3进行配比,在煅烧过程中会有少量的P和Na挥发,因此会产生P不足的情况,导致氧化锆杂相的产生。进一步分析NaH2PO4·2H2O的化学式可以发现,其提供的Na源远高于形成NaZr2(PO4)3所需的Na。因此形成了少量Na摩尔分数更高的杂质相Na2Zr(PO4)2。而随着磷酸盐用量的增加,过量P的存在和较低的反应温度保证了合成Na2Zr(PO4)2时P元素的供给,因此得到了物相纯度高的磷酸锆钠粉体。


本文编号：2922615