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实验8
新型氧离子导体(La 1-x M x 2 Mo 2 O 9-α 的高温固相法合成

一、实验背景

材料、信息、能源被称为是现代文明的三大支柱,新材料的出现和应用极大地促进了人类社会的发展。固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种新型绿色化学电源。特点:能量转化效率高、环境友好、燃料适应性强、全固态及寿命长等显著优点。固体电解质是SOFC最核心的部件。传统:掺杂ZrO 2 类。如Y 2 O 3 稳定的ZrO 2 (YSZ),但烧结、工作需在高温(800~1000℃)下工作,带来密封材料、连接材料、电池结构、成本上升等一系列问题。

新型:钼酸镧(La 2 Mo 2 O 9 )类。即使不掺杂低价金属阳离子,其晶格内部也具有相当数量的氧空位。掺杂低价金属阳离子,可以进一步提高其电导率。如锶掺杂的钼酸镧——(La 1-x Sr x 2 Mo 2 O 9-α ,在中温范围(600-800℃)具有高于稳定化ZrO 2 的氧离子电导率。此外,钼酸镧基氧离子电解质材料的制备工艺比较简单,原材料的价格比较便宜,这使得钼酸镧作为氧离子电解质材料的应用具有较大的优势。

二、实验原理

La 2 Mo 2 O 9 它的高温相与β-SnWO 4 的结构有很大的相同之处。我们根据LPS理论来分析钼酸镧的空位产生机制。La 2 Mo 2 O 9 可以看成是三价的La 3+ 替代了β-SnWO 4 的二价Sn 2+ ,Mo 6+ 替代了W 6+ 。La 2 Mo 2 O 9 的三价La 3+ 没有孤对电子,而β-SnWO 4 的二价Sn 2+ 有一对5S 2 电子,SnWO 4 可以写成Sn 2 W 2 O 8 E 2 (符号“E”来表示孤对电子),替代之后,Sn 2 W 2 O 8 E 2 的两个孤对电子E的位置其中一个恰好被La 2 Mo 2 O 9 中相比SnWO 4 多出来的那个氧离子占据,并用来满足电中性原则,同时,另一个孤对电子E的位置就产生了一个氧空位。因此,La 2 Mo 2 O 9 最终可以写成La 2 Mo 2 O 8+1 □(符号□表示氧空位) [1,2]

三、仪器和试剂

1.仪器

实验高温电炉(2台) 分析天平 玛瑙研钵 球磨机(2台)

2.试剂(分析纯)

La 2 O 3 ;MoO 3 ;相应金属氧化物;无水乙醇。

四、实验步骤

1.La 2 O 3 ;MoO 3 ;相应金属氧化物按所需摩尔计量用无水乙醇湿法混合研磨1h,置于球磨机中研球磨1h。

2.置于高温电炉中,在600℃预烧2h。

3.初烧产物在球磨机中球磨1h,经80mesh过筛后,在不锈钢模具中以100MPa压力压制成直径约为18mm、厚度约2mm的圆形薄片。

4.置于高温电炉中于1150℃下烧结5h。

五、参考文献

[1] Lacorre P.,Goutenoire F.,Bohnke O.,Retoux.R.,Laligant Y.Nature,2000,404:856.

[2] Wang X.P.,Cheng Z.J.,Fang Q.F.Solid State Ionics,2005,176:761. JUVt6xlGRuRFPgp8cE0KRzuyTMtgGUkRUwvOtaQcKGKu1rAc3xhICLW2PbQJyPT9

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