| 题名 | 纳米氧化物电解质的合成与导电性能研究 |
| 作者 | 王辉 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2008-06-05 |
| 授予单位 | 中国科学院福建物质结构研究所 |
| 授予地点 | 福建物质结构研究所 |
| 导师 | 李广社 |
| 关键词 | 纳米氧化物 水热法 表面水 质子导电率 |
| 其他题名 | Nano metal oxides for electrolyte: Synthesis and conductivity properties |
| 学位专业 | 无机化学 |
| 中文摘要 | 金属氧化物质子导电率的研究对PEMFCs的发展具有重要意义，但目前相关研究较少，影响质子传导的因素及质子传导机理尚不确定。本论文针对纳米氧化物（ZrO2、TiO2和SnO2）开展了合成和质子导电率的相关研究，结论如下： （1）采用水热法合成了不同粒径的纯四方相氧化锆纳米晶，研究了矿化剂、反应温度、氯离子浓度、滴加方式和速度等对产物结构的影响。对氧化锆纳米晶进行表征，发现其表面存在无定形水合层，当高温水热和高温烧结处理时，此水合层出现不同的相转变，这与大量水的存在降低了四方相和单斜表面能的差别有关。以无定形、四方相和单斜相样品为对象研究了晶相和表面水对质子导电率的影响，发现单斜相表面水含量少，质子导电率最低；无定形样品虽然含水量最大，但导电率低于四方相样品，这可能与晶体长程有序结构的形成及表面酸度的变化有关。对氧化锆的水浴合成条件进行了摸索，在85oC成功制得四方相氧化锆纳米晶，样品显示出较高的质子导电率（5.63×10-5 S/cm，80oC和N2气氛测得）。对其表面进行硫酸根修饰后，样品的表面水含量减少，从而导致质子导电率的下降。 （2）采用水热法合成了钇稳定氧化锆固溶体（YSZ）纳米晶。阻抗测试结果显示当氧化钇的含量增大时，样品的导电率下降，氧化钇为5％的样品具有最高的导电率。当测量温度由30oC升至90oC时，样品的导电率急剧减小。YSZ纳米晶经高温处理后得到的样品的导电率亦呈现相似变化，说明样品的导电率主要取决于表面的物理吸附水，以表面传导为主。研究了表面硫酸和磷酸化处理对YSZ质子导电率的影响。发现硫酸化处理后样品的导电率明显降低（低于4×10-6 S/cm-1），但具有更高的热稳定性；而磷酸化处理的样品显示出较好的导电率和热稳定性，这与表面水的失去及酸根与水分子间的作用力有关。最后研究了表面水对YSZ带隙的影响，将YSZ水热样品低温烧结时，粒度不变而其水含量则明显变化。我们发现当水含量12.7wt％降至8.5wt％时，带隙无明显变化，但是当水含量进一步降至8wt％时，带隙明显红移，这可能是因为化学吸附水的变化引起能带弯曲的变化所致。 （3）采用水热法合成了金红石相氧化钛纳米晶，研究了TiCl4的浓度等对产物物相的影响。导电率的测试表明样品具有较高的质子导电率，当温度由室温升高至70oC时，导电率逐渐增加至6.3×10-6 S/cm，当进一步升高温度至150oC时，样品的导电率无明显变化。采用水热法制备了不同锆掺杂锐钛矿氧化钛纳米晶。导电率的测试结果表明含锆15％和20％的样品具有较高的导电率，尤其是在30～90oC的温度区间内。当测量温度升至100oC以上时，各样品的导电率均降至较低水平（10-7S/cm）。 （4）采用水热法制备了氧化锡纳米晶，对其表面分别进行磷酸、硫酸、草酸和柠檬酸处理，进而对其导电率进行测试。发现各样品的导电率均随温度的增加而增加，其中草酸修饰样品具有最高的质子导电率。其质子导电率的变化应来自表面水含量，质子运动能力，H+的解离度及金属元素电负性等的综合作用。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2013-05-09 |
| 页码 | 146 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.fjirsm.ac.cn/handle/350002/7540]  |
| 专题 | 福建物质结构研究所_中科院福建物质结构研究所_学位论文 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 王辉. 纳米氧化物电解质的合成与导电性能研究[D]. 福建物质结构研究所. 中国科学院福建物质结构研究所. 2008. |
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