鈣鈦礦型(ABO_3–δ)混合導(dǎo)體透氧膜是一種既能傳導(dǎo)電子又能傳導(dǎo)氧離子的陶瓷材料,電子和氧離子的遷移分別基于過渡金屬離子d電子軌道和氧離子p軌道的重疊區(qū)域和材料中的氧空穴實(shí)現(xiàn)的,因此,理論上對氧氣的分離選擇性為100%。雖然混合導(dǎo)體透氧膜發(fā)展了30多年,但高透氧量和高穩(wěn)定性仍然難以兼得,大大制約了其工業(yè)化應(yīng)用。目前,在鈣鈦礦結(jié)構(gòu)中的A位或B位進(jìn)行金屬離子摻雜是開發(fā)高性能鈣鈦礦型混合導(dǎo)體透氧膜的主要手段。近年來,有研究學(xué)者在鈣鈦礦型混合導(dǎo)體透氧膜中通過非金屬陰離子摻雜構(gòu)筑了氧離子快速傳輸通道,引起不少的關(guān)注。還有文獻(xiàn)利用非金屬陽離子摻雜的策略穩(wěn)定鈣鈦礦型固體氧化物燃料電池正極材料的立方相結(jié)構(gòu),同時(shí)提高電子導(dǎo)電率,但該策略在混合導(dǎo)體透氧膜領(lǐng)域的應(yīng)用仍屬空白。因此,本論文針對鈣鈦礦型混合導(dǎo)體透氧膜材料中高透氧量和高穩(wěn)定性難以兼得的問題,提出利用非金屬陽離子和/或陰離子的摻雜策略優(yōu)化其透氧性能和穩(wěn)定性。以非金屬陽離子摻雜和非金屬陰陽離子共摻雜鍶鈷氧(SrCoO_3–δ)為研究主體,系統(tǒng)研究了非金屬離子摻雜策略對鈣鈦礦材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和透氧性能的影響。獲得... 

【文章來源】：華南理工大學(xué)廣東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級別】：碩士

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CO2捕獲流程[18]

華南理工大學(xué)碩士學(xué)位論文4則為1：2，該比例更符合費(fèi)托合成的原料組成[36-38]。圖1-2膜反應(yīng)器流程圖[27]。Figure1-2Flowdiagramofmembranereactor[27].然而，要將混合導(dǎo)體透氧膜投入真正的工業(yè)應(yīng)用中仍需大量的研究。在工業(yè)生產(chǎn)中，混合導(dǎo)體透氧膜的應(yīng)用需要滿足足夠高的透氧量、良好的化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械性能等[39]。但是混合導(dǎo)體透氧膜普遍存在透氧量和穩(wěn)定性的矛盾關(guān)系，當(dāng)透氧量滿足工業(yè)要求時(shí)，其穩(wěn)定性往往較差；相反，當(dāng)混合導(dǎo)體膜的穩(wěn)定性滿足要求時(shí)，其透氧量往往很低，導(dǎo)致其工業(yè)應(yīng)用的發(fā)展受到限制[15,40]。因此，開發(fā)出同時(shí)具備高透氧量和高穩(wěn)定性的混合導(dǎo)體透氧膜具有重要意義。1.2透氧膜的分類和結(jié)構(gòu)依據(jù)材料的相組成對混合導(dǎo)體透氧膜進(jìn)行分類，一般可分為三類，如圖1-3所示。一是既能傳導(dǎo)電子又能傳導(dǎo)氧離子的單相透氧膜，如鈣鈦礦型材料；二是材料中含有兩種相結(jié)構(gòu)的雙相透氧膜，兩相都有利于氧氣的滲透，離子的傳導(dǎo)和電子的傳導(dǎo)可分別由不同的相完成，如第一種被報(bào)道的雙相膜YSZ-Pd[41]；三是材料中含有兩種或兩種以上相結(jié)構(gòu)的復(fù)合膜，只有一種相結(jié)構(gòu)有利于氧氣的滲透，其它相結(jié)構(gòu)作為提高材料的機(jī)械性能或者其它性能，如SrCo0.8Fe0.2O3–δ-SrSnO3，SrSnO3用以提高材料的機(jī)械性能[42]。上述的第二類和第三類可統(tǒng)一歸為雙相透氧膜[20,43]。目前人們研究的熱點(diǎn)主要集中于單相透氧膜。因此，本文也就單相透氧膜進(jìn)行闡述。大多數(shù)單相混合導(dǎo)體透氧膜具有鈣鈦礦（ABO3–δ）晶體結(jié)構(gòu)，氧離子和電子在均相的材料中進(jìn)行雙向傳導(dǎo)，以保證材料的電中性[20,44]。當(dāng)前，鈣鈦礦型氧化物[45-48]、K2NiF4型氧化物[22,49,50]和螢石型氧化物[51,52]是研究比較多的幾種單相透氧膜。

第一章緒論5圖1-3透氧膜的分類：a）單相透氧膜；b）雙相透氧膜；c）復(fù)合型透氧膜[53]。Figure1-3Classificationofoxygenpermeablemembranes:a)single-phase;b)dual-phase;c)composite[53].1.2.1鈣鈦礦型氧化物鈣鈦礦型氧化物是一種通式為ABO3–δ的理想八面體晶體結(jié)構(gòu)的氧化物（如圖1-4）[44]。其中A由12配位的堿金屬、堿土金屬或稀土金屬等離子半徑較大的陽離子組成，其直徑在1.10-1.80之間，如Sr、Ba和Pr等，填隙在由氧離子所組成的12配位的立方八面體空隙中。B由6配位的半徑較小且具有多個(gè)價(jià)態(tài)的過渡金屬陽離子組成，其直徑在0.62-1.00之間，如Fe、Co和Ni等，與氧離子形成的BO6八面體結(jié)構(gòu)位于八面體的內(nèi)部[20,54,55]。圖1-4鈣鈦礦型氧化物結(jié)構(gòu)示意圖[56]。Figure1-4Structureofperovskite[56].鈣鈦礦能否形成理想的穩(wěn)定立方相結(jié)構(gòu)取決于其角共享BO6八面體和填隙在十二配位間隙的A離子。穩(wěn)定的BO6正八面體結(jié)構(gòu)是穩(wěn)定的立方鈣鈦礦相結(jié)構(gòu)的先決條件

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]混合導(dǎo)體透氧膜反應(yīng)器[J]. 朱雪峰,楊維慎.  催化學(xué)報(bào). 2009(08)
[2]共沉淀法制備Cu摻雜的鈣鈦礦型混合導(dǎo)體透氧材料（英文）[J]. 張恒,董新法,林維明.  材料科學(xué)與工程學(xué)報(bào). 2006(06)



本文編號(hào)：3563161