【摘 要】
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高温质子导体可用于燃料电池、气体传感器、膜分离器和反应器等能源变换和多种电化学装置中,具有广泛的应用前景。Iwahara等首先发现ABO3钙钛矿型化合物具有质子导电性,已引
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高温质子导体可用于燃料电池、气体传感器、膜分离器和反应器等能源变换和多种电化学装置中,具有广泛的应用前景。Iwahara等首先发现ABO3钙钛矿型化合物具有质子导电性,已引起了人们极大的关注。在ABO3钙钛矿型化合物中,以某些三价阳离子掺杂的SrCeO3(SrCe1-yMyO3-α:M是一些三价稀土金属阳离子;y是掺杂稀土离子的浓度,通常小于0.2;α是每个单位分子式的氧缺陷浓度,它决定于掺杂剂量和周围气氛等)显示出较高的质子导电性,在一定的条件下,还具有某种程度的氧离子导电性,因而倍受人们青睐。本研究以高温固相反应法及溶胶-凝胶法合成了质子导电性陶瓷SrCe1-xErxO3-α(x = 0.05, 0.10, 0.15, 0.20)。粉末XRD结果表明,陶瓷样品为单一钙钛矿型斜方晶结构。以陶瓷样品为固体电解质、多孔性铂为电极,分别采用交流阻抗谱技术和气体浓差电池方法测定了样品在600 - 1000℃下、各种气氛中的电导率及离子迁移数;对该系列陶瓷的离子导电性质及其与掺杂量之间的关系进行了系统的研究。结果表明:(1)在湿润氢气气氛中,掺杂量x = 0.05的陶瓷几乎是一个纯的质子导体,其它样品在600 - 800℃范围是一个纯的质子导体,在900℃以上的高温下是质子与电子的混合导体。各样品的质子电导率达到0.01 S·cm-1;(2)在干燥空气气氛中,陶瓷样品为氧离子和电子孔穴的混合导体;(3)在潮湿空气气氛中,陶瓷样品为质子、氧离子和电子孔穴的混合导体。(4)掺杂离子浓度x对样品的导电性质有着显著影响;在该系列陶瓷样品中,SrCe0.85Er0.15O3-α具有最高的离子电导率。(5)采用溶胶-凝胶法合成了陶瓷样品SrCe0.95Er0.05O3-α,在湿润氢气气氛中为一纯质子导体。
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