LaSr-,3-Fe-,3-O-,10-δ-和LaSr-,3-Fe-,3-x-Al-,x-O-,10-δ-混合導(dǎo)體材料的制備與電學(xué)性能研究.pdf

1、氧離子－電子混合導(dǎo)體在固體燃料電池（SOFC），氧傳感器，尤其在各種涉氧化工過程的膜反應(yīng)器等諸多方面有著廣泛的應(yīng)用。將純氧的分離過程和某些涉氧反應(yīng)耦合在一起，可顯著降低一些重要化工工程的能耗、設(shè)備投資和操作成本，這樣就有可能給能源、化工、冶金等工業(yè)領(lǐng)域帶來革命性的變化。我國天然氣儲量豐富，因此混合導(dǎo)體在諸如甲烷部分氧化反應(yīng)（POM）、氧化偶聯(lián)反應(yīng)（OCM）等化工過程有著廣闊的發(fā)展空間，大力開展關(guān)于氧離子－電子混合導(dǎo)體材料的研究工作，對于

2、我國21世紀(jì)可持續(xù)發(fā)展計劃的實(shí)現(xiàn)具有重要的現(xiàn)實(shí)和戰(zhàn)略意義。 本研究以晶體結(jié)構(gòu)已知的Ruddlesden-Popper類復(fù)合氧化物L(fēng)aSr3Fe3O10-δ為研究對象，采用檸檬酸鹽法制備了LaSr3Fe3O10-δ粉體和LaSr3Fe3-xAlxO10-δ，采用碘滴定測定了LaSr3Fe3O10-δ和LaSr3Fe3-xAlxO10-δ樣品中鐵的平均價態(tài)和氧非化學(xué)計量值，同時采用高溫淬火的方法，探討了溫度對鐵平均價態(tài)和氧非化學(xué)計量

3、值的影響，進(jìn)一步得到了缺陷方程，提出了材料內(nèi)部的缺陷形成機(jī)制。 對樣品電導(dǎo)率的研究表明，LaSr3Fe3O10-δ混合導(dǎo)體中，p型載流子對總電導(dǎo)率的貢獻(xiàn)起主要作用，隨著溫度的升高，總電導(dǎo)率升高。但由電導(dǎo)率隨溫度變化的曲線我們可以得出，隨著溫度的升高，氧空位的增加可以認(rèn)為是減少了p型載流子遷移的通道導(dǎo)致載流子遷移率的降低，使得LaSr3Fe3O10-δ材料的電導(dǎo)率隨溫度的繼續(xù)升高而降低。 在鋁離子取代了鐵離子之后，作為p型

4、載流子的過渡變價金屬鐵離子量減少，總電導(dǎo)率下降。 采用電學(xué)弛豫的方法測量了LaSr3Fe3O10-δ和LaSr3Fe3-xAlxO10-δ的氧擴(kuò)散系數(shù)。隨著溫度的升高，內(nèi)部氧空位增加，氧擴(kuò)散系數(shù)增大。進(jìn)一步我們計算得到了LaSr3Fe3O10-δ內(nèi)部的氧空位活化能。LaSr3Fe3-xAlxO10-δ隨著Al離子摻雜量的增加氧擴(kuò)散系數(shù)減小。 作為一種新型的氧離子－混合導(dǎo)體，這一工作從總體上對LaSr3Fe3O10-δ的電