La_(1−x)Sr_(x)MnO_(3)钙钛矿涂层的抗结焦性能

摘要

目前,钙钛矿材料在汽车尾气催化处理、污水处理及燃料电池等方面应用广泛,但在抑制热裂解结焦涂层应用方面鲜有报道。本文以磷酸二氢铝为黏结剂,采用浆料法在HP40不锈钢基体表面制备了La_(1−x)Sr_(x)MnO_(3)钙钛矿涂层,采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和Raman光谱考察了La_(1−x)Sr_(x)MnO_(3)钙钛矿涂层及表面焦层的物相组成和微观结构,利用X射线光电子能谱(XPS)研究了涂层组成元素的化学状态,通过石脑油热裂解结焦实验评价了涂层的抗结焦效果。结合材料表征与实验结果,阐述了涂层抗结焦机理。表征结果显示,La_(1−x)Sr_(x)MnO_(3)钙钛矿涂层涂覆均匀,厚度约为30μm,与基底贴合紧密,粒子之间结合较好,但表面存在少量微孔;La_(1−x)Sr_(x)MnO_(3)钙钛矿氧化物具有明显的立方晶体特征,Sr进入LaMnO_(3)晶格未改变钙钛矿晶相结构;与未经掺杂的LaMnO_(3)涂层相比,Sr掺杂后的钙钛矿表面吸附氧含量与晶格氧含量之比O_(ads)/O_(latt)更高,而且涂层中氧空位的数量增加。热裂解结焦实验结果表明,钙钛矿涂层的抗结焦性能随着Sr含量的提高而增强,当裂解时间为3h和5h时,La_(0.2)Sr_(0.8)MnO_(3)涂层的抑制结焦效果分别可达到84.88%和82.31%。钙钛矿涂层结构不仅通过屏蔽基底金属的催化活性抑制了催化结焦过程,还通过催化焦炭氧化燃烧反应进一步减少热裂解焦炭的沉积。其中,Sr的掺杂可促进氧空位形成,增加氧的流动性,从而促进电子转移,进一步提高催化焦炭燃烧反应的活性。钙钛矿La_(1−x)Sr_(x)MnO_(3)涂层的涂覆会导致焦层中无序化焦炭的比例增加,焦炭的石墨化程度降低,有利于后续的清焦操作。