Y，Nd共渗杂BaZrO 3 及Sr 3 Fe 1.75 Co 0.25 O 7-δ 水合反应和质子传输机理研究
发布时间：2021-01-31 02:11
固体氧化物燃料电池（SOFC）作为一种能量转换装置,因其燃料选择多样,能量转换效率高,可忽略的有毒气体排放量而受到了广泛的关注。燃料电池主要由三个部分组成:多孔的阳极和阴极以及致密的电解质。根据电解质传导离子的类型,SOFC可以分为两大类:氧离子型固体氧化物燃料电池（O-SOFC）和质子型固体氧化物燃料电池（P-SOFC）。高工作温度一直是限制固体氧化物燃料电池商业化的一大障碍,为了降低工作温度,研究者们将目光投向了质子型固体氧化物燃料电池,因为相对氧离子来说,质子的尺寸要小得多,流动性更强。质子导体的离子扩散活化能低于氧离子导体的离子扩散活化能,这也使得中低温下质子导体材料的电导率要大于氧离子导体材料的导电率。本文使用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,主要针对质子型固体氧化物燃料电池的电解质和阴极材料做了以下两方面的研究:（1）Y,Nd共掺杂BaZrO3的水合反应和质子传输机理研究由于良好的可烧结性,优异的质子传导性和较高的化学稳定性,Y和Nd共掺杂的BaZrO3（BZNY）被认为是潜在的用于质子型固体氧化物燃料电池的新型电解质。为了研...
【文章来源】：山东师范大学山东省
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
（a）BZNY的晶体结构示意图（b）质子缺陷的加入对周围晶体结构的影响
山东师范大学硕士学位论文10晶格参数（4.281）[34]。由于Y3+（0.900）和Nd3+（0.983）的离子半径大于Zr4+（0.720），因此计算得到Nd单掺杂BZO（BZN）（4.298）和BZNY（4.285）的晶格参数大于BaZrO3的晶格参数。图2.1（b）显示了添加质子缺陷后BZNY的晶格畸变。H原子附近的结构发生很大变化，表明质子缺陷与主体晶格之间发生了强烈的相互作用。从添加质子缺陷后BZNY的差分电荷密度图（图2.1（c））来看，可以看出在H和O之间存在电荷转移，表明它们之间产生了键，具有相互作用。图2.2（a）BZO、（b）BZY、（c）BZN和（d）BZNY的电子态密度。BZO、BZY、BZN、BZNY的电子态密度如图2.2所示。由于Y和Nd均为三价，而Zr为四价，考虑到掺杂后的电荷守恒我们计算了缺氧状态下BZY、
山东师范大学硕士学位论文12氧空位的超胞的能量，2oμ是O2的化学势。为了进行比较分析，计算了包含Y单掺杂的BZO，Nd单掺杂的BZO和Y，Nd共掺杂的BZO在内，不同结构的氧空位形成能。计算中有五个需要考虑的氧位点。O1位点、O2位点、O3位点、O4位点如图2.3所示，OFar位点是位于第二层，远离掺杂原子的位点。BZN、BZY和BZNY的氧空位形成能分别在图2.4中用红色，绿色和蓝色点表示。图2.3BZNY超胞中四种不同的氧位点（O1位于Y和Nd之间，O2位于Y和Zr之间，O3位于Nd和Zr之间，O4位于Zr和Zr之间）。BZN中O1、O2、O3、O4、OFar位点的氧空位形成能依次为1.78eV、1.80eV、1.80eV、1.46eV、2.46eV；BZY中O1、O2、O3、O4、OFar位点的氧空位形成能依次为0.69eV、1.15eV、1.15eV、1.44eV、，2.02eV；BZNY中O1、O2、O3、O4、OFar位点的氧空位形成能依次为1.15eV、0.90eV、1.83eV、1.00eV，2.05eV。我们可以看到不管是BZN、BZY，还是BZNY，其氧空位形成能的最大值都出现在远离掺杂离子的OFar位点，这表明，单掺杂和共掺
本文编号：3010022
【文章来源】：山东师范大学山东省
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
（a）BZNY的晶体结构示意图（b）质子缺陷的加入对周围晶体结构的影响
山东师范大学硕士学位论文10晶格参数（4.281）[34]。由于Y3+（0.900）和Nd3+（0.983）的离子半径大于Zr4+（0.720），因此计算得到Nd单掺杂BZO（BZN）（4.298）和BZNY（4.285）的晶格参数大于BaZrO3的晶格参数。图2.1（b）显示了添加质子缺陷后BZNY的晶格畸变。H原子附近的结构发生很大变化，表明质子缺陷与主体晶格之间发生了强烈的相互作用。从添加质子缺陷后BZNY的差分电荷密度图（图2.1（c））来看，可以看出在H和O之间存在电荷转移，表明它们之间产生了键，具有相互作用。图2.2（a）BZO、（b）BZY、（c）BZN和（d）BZNY的电子态密度。BZO、BZY、BZN、BZNY的电子态密度如图2.2所示。由于Y和Nd均为三价，而Zr为四价，考虑到掺杂后的电荷守恒我们计算了缺氧状态下BZY、
山东师范大学硕士学位论文12氧空位的超胞的能量，2oμ是O2的化学势。为了进行比较分析，计算了包含Y单掺杂的BZO，Nd单掺杂的BZO和Y，Nd共掺杂的BZO在内，不同结构的氧空位形成能。计算中有五个需要考虑的氧位点。O1位点、O2位点、O3位点、O4位点如图2.3所示，OFar位点是位于第二层，远离掺杂原子的位点。BZN、BZY和BZNY的氧空位形成能分别在图2.4中用红色，绿色和蓝色点表示。图2.3BZNY超胞中四种不同的氧位点（O1位于Y和Nd之间，O2位于Y和Zr之间，O3位于Nd和Zr之间，O4位于Zr和Zr之间）。BZN中O1、O2、O3、O4、OFar位点的氧空位形成能依次为1.78eV、1.80eV、1.80eV、1.46eV、2.46eV；BZY中O1、O2、O3、O4、OFar位点的氧空位形成能依次为0.69eV、1.15eV、1.15eV、1.44eV、，2.02eV；BZNY中O1、O2、O3、O4、OFar位点的氧空位形成能依次为1.15eV、0.90eV、1.83eV、1.00eV，2.05eV。我们可以看到不管是BZN、BZY，还是BZNY，其氧空位形成能的最大值都出现在远离掺杂离子的OFar位点，这表明，单掺杂和共掺
本文编号：3010022
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