双相质子-电子混合导体透氢膜的制备及性能研究

摘要

常规钙钛矿型质子导体低的电子电导率限制了陶瓷膜的透氢量，因此目前的首要任务是寻找合适的方法提高陶瓷膜的电子导电性，进而提高膜的透氢量。
　　论文以SrCe0.95Y0.05O3-α(SCY)为质子导体材料，通过两种方法提高膜材料的电子导电性。一是选择金属Ag为电子导电相，制备Ag-SCY金属陶瓷双相膜；另一方法是选择金属氧化物NiFe2O4、LaCrO3、ZnO等作为电子导电相，制备金属氧化物陶瓷双相膜。采用溶胶凝胶低温燃烧法制备钙钛矿结构的SCY陶瓷超细粉体。采用物理混合法制备SCY/金属氧化物混合粉体。通过固相干压-烧结得到SCY致密陶瓷膜。运用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、数字源表和气相色谱等仪器考察样品的物相组成、化学兼容性、微观形貌、导电性及氢渗透性。并对试样在 H2气氛、沸水和高温 CO2气氛中的稳定性进行了考察。研究结果如下：
　　溶胶凝胶粉末经高温煅烧得到纯钙钛矿结构的粉体；化学兼容性表明ZnO与SCY具有良好的化学兼容性，因此选择ZnO作为陶瓷膜的电子导电相；高温烧结实验结果显示，SCY在1400℃烧结4h形成致密陶瓷体，而ZnO/SCY双相材料在1200℃烧结4h即可形成双相致密陶瓷体，表明ZnO在提高电子导电性的同时也促进了材料的烧结。
　　电导率测定结果表明ZnO的加入量以及气氛均对陶瓷体的导电性有显著的影响。随ZnO在混合粉体中的比例增加，陶瓷体的电导率增加；在不同气氛下，ZnO的量在小于20％时，ZnO/SCY陶瓷体与纯SCY陶瓷体呈现相同的导电规律，电导率变化规律为σ氢气>σ空气>σ湿空气>σ氮气。
　　SCY陶瓷膜、Ag-SCY陶瓷膜和ZnO/SCY陶瓷膜的氢渗透测试结果表明，陶瓷膜的透氢量随测试温度、混合气流量及吹扫气流量的增加而增大；相同实验条件下，三类陶瓷膜中 Ag-SCY陶瓷膜的透氢量最高，当温度为900℃，混合气流量为126mL·min-1，吹扫气流量为142mL·min-1时，Ag-SCY陶瓷膜的透氢量为0.073 mL·min-1·cm-2。
　　稳定性实验结果表明，SCY粉体在高温含水及含CO2气氛下均不稳定，容易发生分解，但高温烧结的陶瓷体在沸水及 CO2气氛下具有一定的稳定性。ZnO的添加使SCY陶瓷体在沸水及CO2气氛下具有良好的稳定性，但氢气气氛下的稳定性降低。

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引言

第一章 文献综述

1.1 氢分离方法概述

1.2 高温质子导体陶瓷膜

1.3 研究目的和研究内容

第二章 SCY陶瓷体的制备及性能研究

2.1 前言

2.2 实验部分

2.3 性能测试

2.4 结果和讨论

2.5 小结

第三章 Ag-SCY金属陶瓷双相膜的制备及透氢性能研究

3.1 前言

3.2 实验部分

3.3 性能测试

3.4 结果和讨论

3.5 小结

第四章 氧化物陶瓷双相膜的制备及性能研究

4.1 前言

4.2 实验部分

4.3 性能测试

4.4 结果和讨论

4.5 小结

第五章 结论

参考文献

在读期间公开发表的论文

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