混合质子—电子导体透氢膜的制备、表征以及性能研究

发布时间：2021-04-17 12:42

　　混合质子—电子导体透氢膜是一种同时具备质子电导率和电子电导率的致密陶瓷膜,理论上其对氢气的选择性可以达到100%。为满足实际工业的需求,混合质子—电子导体透氢膜需要具有良好的透氢性能和稳定性。目前常采用金属离子掺杂或构筑双相膜的手段改善透氢膜性能,但透氢量仍然较低,稳定性较差。本论文以改善透氢膜的透氢性能和稳定性为目的,采用非金属离子对透氢膜进行掺杂,探讨非金属离子对透氢膜晶体结构、电导率、透氢性能和稳定性的影响。最后,为进一步提高钙钛矿型氧化物的透氢性能,本文构筑金属—氧化物双相膜,并研究其透氢性能和稳定性。首先,采用固相球磨法制备了不同含量非金属磷离子掺杂的钨酸镧型氧化物La_5.5W_1-xP_xO_11.25-δ（x=0、0.1、0.2、0.3）粉体,烧结成致密片状膜后,考察了膜片的相结构以及相应的透氢性能。经相结构分析,这一系列氧化物在1550℃烧结致密后均能呈现单一的立方相结构。在透氢测试中,磷离子掺杂后膜片的透氢量相比未掺杂膜片的透氢量均有所提高。其次,选择钼掺杂钨酸镧型氧化物为研究材料,对其... 

【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】：142 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

利用混合质子—电子导体膜进行氢气分离的示意图

图 1-2 车轮机制运输质子的示意图[34]。Figure 1-2 Schemitc diagram of proton transport by the vehicle mechanism[34].如图 1-2 中展示的是车轮机制，质子是以质子化晶格氧（OH-）作为载体，然后质子化的晶格氧利用氧空穴位置，像车轮一样在陶瓷膜中传导，从而实现质子在陶瓷膜中传导这一行为[34]。这一机制十分简单易懂，可以被认为是 H3O+在陶瓷膜中扩散。他们指出，不同价态的金属离子进入氧化物后，因为电荷守恒，氧化物的晶胞中会产生相应数量的氧空位。另外，他们也发现了掺杂离子的浓度会影响材料的质子电导率，这就证明了车轮机制是一种有效的质子在膜中传输的机制。例如，Meakawa 等人调节了不同浓度的掺杂离子，利用氢核磁共振谱（1H-NMR）对 BaCe1-xYxO3-δ基材料中质子浓度[35]。另外他们还测量了同时他们还测量在 1kPa 水压下的 BaCe1-xYxO3-δ电导率，结果如图 1-3 所示。从图 1-3 都能看出，BaCe1-xYxO3-δ（x＜0.1）电导率随着掺杂剂的浓度的增加而增大。然而，由于晶格缺陷的原因，当掺杂离子浓度增加达到一定程度后，材料的质子电

图 1-3 BaCe1-xYxO3-（BCY）和 SrCe0.95Y0.05O3-（SCY）电导率总结[35]。（□）BCYx=0.10；（●）BCY x=0.05；（○）BCY x=0.03；（▲）BCY x=0.01；（■）SCY。Figure 1-3 Mesured conductivites for BaCe1-xYxO3-(BCY) and SrCe0.95Y0.05O3-(SCY)[35].(□)BCY x=0.10, (●) BCY x=0.05, (○)BCY x=0.03, (▲)BCY x=0.01, (■)SCY.图 1-4 旋转——跳跃机制中质子传导的示意图[39]。实心圆点代表质子，空心圆点代表氧原子。Figure 1-4 Schematic diagram oa the Grotthuss mechanism for proton conduction in ceramic

【参考文献】：
期刊论文
[1]Novel SrCe0.75Zr0.20Tm0.05O3-δ membrane for hydrogen separation[J]. Wen Hui Yuan~(a,*),Ling Ling Mao~a,Li Li~b a School of Chemistry and Chemical Engineering,South China University of Technology,Guangzhou 510640,China b College of Environmental Science and Engineering,South China University of Technology,Guangzhou 510640,China.  Chinese Chemical Letters. 2010(03)



本文编号：3143474