非金属离子掺杂SrCoO 3-δ 透氧膜的制备及其性能研究
发布时间：2022-01-02 01:05
钙钛矿型(ABO3–δ)混合导体透氧膜是一种既能传导电子又能传导氧离子的陶瓷材料,电子和氧离子的迁移分别基于过渡金属离子d电子轨道和氧离子p轨道的重叠区域和材料中的氧空穴实现的,因此,理论上对氧气的分离选择性为100%。虽然混合导体透氧膜发展了30多年,但高透氧量和高稳定性仍然难以兼得,大大制约了其工业化应用。目前,在钙钛矿结构中的A位或B位进行金属离子掺杂是开发高性能钙钛矿型混合导体透氧膜的主要手段。近年来,有研究学者在钙钛矿型混合导体透氧膜中通过非金属阴离子掺杂构筑了氧离子快速传输通道,引起不少的关注。还有文献利用非金属阳离子掺杂的策略稳定钙钛矿型固体氧化物燃料电池正极材料的立方相结构,同时提高电子导电率,但该策略在混合导体透氧膜领域的应用仍属空白。因此,本论文针对钙钛矿型混合导体透氧膜材料中高透氧量和高稳定性难以兼得的问题,提出利用非金属阳离子和/或阴离子的掺杂策略优化其透氧性能和稳定性。以非金属阳离子掺杂和非金属阴阳离子共掺杂锶钴氧(SrCoO3–δ)为研究主体,系统研究了非金属离子掺杂策略对钙钛矿材料结构稳定性和透氧性能的影响。获得...
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：96 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
CO2捕获流程[18]
华南理工大学硕士学位论文4则为1：2，该比例更符合费托合成的原料组成[36-38]。图1-2膜反应器流程图[27]。Figure1-2Flowdiagramofmembranereactor[27].然而，要将混合导体透氧膜投入真正的工业应用中仍需大量的研究。在工业生产中，混合导体透氧膜的应用需要满足足够高的透氧量、良好的化学稳定性和机械性能等[39]。但是混合导体透氧膜普遍存在透氧量和稳定性的矛盾关系，当透氧量满足工业要求时，其稳定性往往较差；相反，当混合导体膜的稳定性满足要求时，其透氧量往往很低，导致其工业应用的发展受到限制[15,40]。因此，开发出同时具备高透氧量和高稳定性的混合导体透氧膜具有重要意义。1.2透氧膜的分类和结构依据材料的相组成对混合导体透氧膜进行分类，一般可分为三类，如图1-3所示。一是既能传导电子又能传导氧离子的单相透氧膜，如钙钛矿型材料；二是材料中含有两种相结构的双相透氧膜，两相都有利于氧气的渗透，离子的传导和电子的传导可分别由不同的相完成，如第一种被报道的双相膜YSZ-Pd[41]；三是材料中含有两种或两种以上相结构的复合膜，只有一种相结构有利于氧气的渗透，其它相结构作为提高材料的机械性能或者其它性能，如SrCo0.8Fe0.2O3–δ-SrSnO3，SrSnO3用以提高材料的机械性能[42]。上述的第二类和第三类可统一归为双相透氧膜[20,43]。目前人们研究的热点主要集中于单相透氧膜。因此，本文也就单相透氧膜进行阐述。大多数单相混合导体透氧膜具有钙钛矿（ABO3–δ）晶体结构，氧离子和电子在均相的材料中进行双向传导，以保证材料的电中性[20,44]。当前，钙钛矿型氧化物[45-48]、K2NiF4型氧化物[22,49,50]和萤石型氧化物[51,52]是研究比较多的几种单相透氧膜。
第一章绪论5图1-3透氧膜的分类：a）单相透氧膜；b）双相透氧膜；c）复合型透氧膜[53]。Figure1-3Classificationofoxygenpermeablemembranes:a)single-phase;b)dual-phase;c)composite[53].1.2.1钙钛矿型氧化物钙钛矿型氧化物是一种通式为ABO3–δ的理想八面体晶体结构的氧化物（如图1-4）[44]。其中A由12配位的碱金属、碱土金属或稀土金属等离子半径较大的阳离子组成，其直径在1.10-1.80之间，如Sr、Ba和Pr等，填隙在由氧离子所组成的12配位的立方八面体空隙中。B由6配位的半径较小且具有多个价态的过渡金属阳离子组成，其直径在0.62-1.00之间，如Fe、Co和Ni等，与氧离子形成的BO6八面体结构位于八面体的内部[20,54,55]。图1-4钙钛矿型氧化物结构示意图[56]。Figure1-4Structureofperovskite[56].钙钛矿能否形成理想的稳定立方相结构取决于其角共享BO6八面体和填隙在十二配位间隙的A离子。稳定的BO6正八面体结构是稳定的立方钙钛矿相结构的先决条件
【参考文献】：
期刊论文
[1]混合导体透氧膜反应器[J]. 朱雪峰,杨维慎. 催化学报. 2009(08)
[2]共沉淀法制备Cu掺杂的钙钛矿型混合导体透氧材料（英文）[J]. 张恒,董新法,林维明. 材料科学与工程学报. 2006(06)
本文编号：3563161
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：96 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
CO2捕获流程[18]
华南理工大学硕士学位论文4则为1：2，该比例更符合费托合成的原料组成[36-38]。图1-2膜反应器流程图[27]。Figure1-2Flowdiagramofmembranereactor[27].然而，要将混合导体透氧膜投入真正的工业应用中仍需大量的研究。在工业生产中，混合导体透氧膜的应用需要满足足够高的透氧量、良好的化学稳定性和机械性能等[39]。但是混合导体透氧膜普遍存在透氧量和稳定性的矛盾关系，当透氧量满足工业要求时，其稳定性往往较差；相反，当混合导体膜的稳定性满足要求时，其透氧量往往很低，导致其工业应用的发展受到限制[15,40]。因此，开发出同时具备高透氧量和高稳定性的混合导体透氧膜具有重要意义。1.2透氧膜的分类和结构依据材料的相组成对混合导体透氧膜进行分类，一般可分为三类，如图1-3所示。一是既能传导电子又能传导氧离子的单相透氧膜，如钙钛矿型材料；二是材料中含有两种相结构的双相透氧膜，两相都有利于氧气的渗透，离子的传导和电子的传导可分别由不同的相完成，如第一种被报道的双相膜YSZ-Pd[41]；三是材料中含有两种或两种以上相结构的复合膜，只有一种相结构有利于氧气的渗透，其它相结构作为提高材料的机械性能或者其它性能，如SrCo0.8Fe0.2O3–δ-SrSnO3，SrSnO3用以提高材料的机械性能[42]。上述的第二类和第三类可统一归为双相透氧膜[20,43]。目前人们研究的热点主要集中于单相透氧膜。因此，本文也就单相透氧膜进行阐述。大多数单相混合导体透氧膜具有钙钛矿（ABO3–δ）晶体结构，氧离子和电子在均相的材料中进行双向传导，以保证材料的电中性[20,44]。当前，钙钛矿型氧化物[45-48]、K2NiF4型氧化物[22,49,50]和萤石型氧化物[51,52]是研究比较多的几种单相透氧膜。
第一章绪论5图1-3透氧膜的分类：a）单相透氧膜；b）双相透氧膜；c）复合型透氧膜[53]。Figure1-3Classificationofoxygenpermeablemembranes:a)single-phase;b)dual-phase;c)composite[53].1.2.1钙钛矿型氧化物钙钛矿型氧化物是一种通式为ABO3–δ的理想八面体晶体结构的氧化物（如图1-4）[44]。其中A由12配位的碱金属、碱土金属或稀土金属等离子半径较大的阳离子组成，其直径在1.10-1.80之间，如Sr、Ba和Pr等，填隙在由氧离子所组成的12配位的立方八面体空隙中。B由6配位的半径较小且具有多个价态的过渡金属阳离子组成，其直径在0.62-1.00之间，如Fe、Co和Ni等，与氧离子形成的BO6八面体结构位于八面体的内部[20,54,55]。图1-4钙钛矿型氧化物结构示意图[56]。Figure1-4Structureofperovskite[56].钙钛矿能否形成理想的稳定立方相结构取决于其角共享BO6八面体和填隙在十二配位间隙的A离子。稳定的BO6正八面体结构是稳定的立方钙钛矿相结构的先决条件
【参考文献】：
期刊论文
[1]混合导体透氧膜反应器[J]. 朱雪峰,杨维慎. 催化学报. 2009(08)
[2]共沉淀法制备Cu掺杂的钙钛矿型混合导体透氧材料（英文）[J]. 张恒,董新法,林维明. 材料科学与工程学报. 2006(06)
本文编号：3563161
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