铪酸盐质子导体的制备及性能研究

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通过实验系统地研究了新型高温质子导体铪酸盐的烧结性能、导电性能和化学稳定性,并制备了新型质子导体透氢膜。分别制备了In掺杂的SrHf1-xInxO3-δ(x=0.05、0.10、0.15、0.20、0.25)(SHI)和CaHf1-xInxO3-δ(CHI)(x=0.05、0.10、0.15、0.20、0.25)的样品,从XRD图谱可知样品均形成了简单钙钛矿结构。其中SrHf0.80In0.20O3-δ在湿润空气中的总电导率700℃下可以达到1.17×10-3 S·cm-1。XRD图谱与热重分析表明SHI样品在H2O,CO2,H2气氛中的化学稳定性良好。通过固相反应法合成了In掺杂的BaHf1-xInxO3-δ(x=0.10、0.15、0.20、0.25、0.30)(BHI)样品,XRD和XPS图谱表明In3+已经有效地进入BaHfO3的晶格结构中。样品的SEM图中可知BHI样品非常的致密,在x=0.25时电导率最高,BaHf0.75In0.25O3-δ的总电导率在湿润空气中700℃下可以达到3.54×10-3 S·cm-1。且BHI样品在H2O,CO2,H2气氛中的化学稳定性良好。BaHf0.75In0.25O3-δ透氢膜在温度900℃,配气为50%H2/He下透氢量为0.03 mL·min-1·cm-2。制备了Fe与In共同掺杂的质子导体BaHf0.8In0.2-xFexO3-δ(0.05,0.10,0.15,0.20)。所有样品均形成钙钛矿结构,且无杂相生成。生成致密的质子导体,其电导率相比于BaHf1-xInxO3-δ有较大提高,BaHf0.8Fe0.2O3-δ在空气中700℃的电导率为2.23×10-2 S·cm-1。且样品在H2O,CO2,H2气氛中的化学稳定性良好。对样品BaHf0.80Fe0.20O3-δ进行了透氢量的测量,900℃时氢气为50%时的透氢量为0.25mL·min-1·cm-2。图43幅;表10个;参83篇。
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