為了進一步促進鈉快離子導體磷酸鋯鈉（NaZr₂（PO₄）₃）粉體的實際應用,本文提出了一種以氧氯化鋯（ZrOCl₂·8H₂O）和二水磷酸二氫鈉（NaH₂PO₄·2H₂O）為原料的低溫固相反應法制備NaZr₂（PO₄）₃粉體。通過XRD,SEM和Raman等測試手段系統(tǒng)研究了磷酸鹽用量對制備磷酸鋯鈉粉體的影響。結果表明:采用超量的磷酸鹽有利于純相磷酸鋯鈉粉體的合成。同時當鋯鹽與磷酸鹽的摩爾比為2∶5.4時,能夠合成平均粒徑1μm,尺寸均勻,分散性良好的磷酸鋯鈉粉體。研究發(fā)現(xiàn)研磨時發(fā)生的固相反應對磷酸鋯鈉粉體的制備有重要作用,一方面促進了無定型磷酸鋯鈉的產(chǎn)生,有利于磷酸鋯鈉晶體形成;另一方面原位生成的氯化鈉為晶體的生長提供了良好的液相環(huán)境,促進了磷酸鋯鈉粉體的低溫合成。該工作為磷酸鋯鈉粉體的大規(guī)模生產(chǎn)提供了一條簡單有效的方法。 

【文章來源】：人工晶體學報. 2020年03期 北大核心

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

固相反應后所得混合物水洗和未水洗的XRD圖譜

圖2為不同磷酸鹽用量所得樣品(P0～P5)的SEM照片。從圖中可以看出,制備所得的磷酸鋯鈉粉體為立方塊狀,這也與其他文獻報道相一致[9,16]。隨著磷酸鹽用量的增加,磷酸鋯鈉粉體的粒徑逐漸減小且趨于均勻化,尺寸從最大的3 μm降低至平均尺寸約1 μm。這是由于在達到體系熔點后有液相熔鹽產(chǎn)生,且隨著磷酸鹽用量的提高液相量也隨之增加,這使得晶體生長基元的傳質(zhì)間距增大,因此導致晶體生長發(fā)育能力下降,晶體尺寸降低[21]。此外,由于熔鹽在晶體生長過程中還起到了隔絕晶體顆粒黏連的作用,因此隨著磷酸鹽用量的增加,顆粒的分散性和均勻性有所提高。綜合以上結果,當氧氯化鋯與磷酸鹽摩爾比為2∶5.4 (P4樣品)時,能夠得到粒徑平均尺寸1 μm,分散性良好且尺寸均勻的磷酸鋯鈉粉體。2.2 磷酸鋯鈉粉體的制備機理

根據(jù)磷酸鋯鈉的化學式NaZr2(PO4)3可知,其Zr與P元素的摩爾配比為2∶3。有相關文獻報道,在磷酸鋯鈉族材料的煅燒合成過程中,由于Na和P元素的揮發(fā),會產(chǎn)生氧化鋯雜相,從而導致合成物相不純,性能下降[19-20]。因此,在制備磷酸鋯鈉粉體時,Na和P的用量對物相的合成具有重要影響。而在本實驗中Na元素和P元素均來自于原料NaH2PO4·2H2O。因此重點探究了過量NaH2PO4·2H2O對制備磷酸鋯鈉粉體的影響。圖1為不同磷酸鹽用量所得樣品(P0～P5)的XRD圖譜。從圖中可以看出,所得樣品的主晶相均為磷酸鋯鈉相(JCPDS No.33-1312)。其中,P1～P5所得樣品為單一的磷酸鋯鈉相,并未發(fā)現(xiàn)其它雜質(zhì)相。而在P0樣品的XRD圖譜中,出現(xiàn)了少量的單斜氧化鋯(m-ZrO2)和Na2Zr(PO4)2雜相。由于P0樣品是按照Zr與P摩爾比2∶3進行配比,在煅燒過程中會有少量的P和Na揮發(fā),因此會產(chǎn)生P不足的情況,導致氧化鋯雜相的產(chǎn)生。進一步分析NaH2PO4·2H2O的化學式可以發(fā)現(xiàn),其提供的Na源遠高于形成NaZr2(PO4)3所需的Na。因此形成了少量Na摩爾分數(shù)更高的雜質(zhì)相Na2Zr(PO4)2。而隨著磷酸鹽用量的增加,過量P的存在和較低的反應溫度保證了合成Na2Zr(PO4)2時P元素的供給,因此得到了物相純度高的磷酸鋯鈉粉體。


本文編號：2922615