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实验9
氧离子导体La 2 (Mo 1-x M x 2 O 9-α 的溶胶-凝胶法合成

一、实验背景

La 2 Mo 2 O 9 与掺杂ThO 2 及掺杂CeO 2 等氧离子导体是不同的,La 2 Mo 2 O 9 本身就存在高浓度的本征氧空位并不需要掺杂低价金属阳离子,1mol La 2 Mo 2 O 9 中其氧空位的物质的量分数可以达到10%,正是因为这一原因,使得它的氧离子导电性能表现良好。在同样的条件下,YSZ的氧离子电导率与其比较,低出近半个数量级 [1] 。La 2 Mo 2 O 9 的结构很复杂,在580℃左右会发生从高温立方相(β-La 2 Mo 2 O 9 )向低温单斜相(α-La 2 Mo 2 O 9 )的相变过程,高温相结构被认为立方晶系(β-La 2 Mo 2 O 9 )而低温相结构被认为是一种扭曲的单斜晶系(α-La 2 Mo 2 O 9 ),当在这种相结构的转变同时,离子电导率也会发生突变,使电导率下降近2个数量级。研究表明,对La 3+ 位置和Mo 6+ 位置的阳离子掺杂可抑制相变的发生及提高电导率 [2]

二、实验原理

LPS理论可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。

溶胶-凝胶法是一种在低温或温和条件下合成无机化合物或无机材料的重要方法。溶胶-凝胶法是将金属有机物或无机物经过溶液、溶胶、凝胶几个阶段而固化,再经过热处理形成氧化物或化合物固体的方法。该方法具有以下优点:(1)反应温度低;(2)均匀度高;(3)产品的纯度较高;(4)烧成温度比传统固相反应有较大降低,保温时间也缩短许多;(5)化学计量比准确。

三、仪器和试剂

1.仪器

高温箱式电炉(2台) 分析天平 玛瑙研钵 球磨机(2台)

磁力搅拌器 烘箱 DSC-TGA热分析仪 酸度计

2.试剂(分析纯)

La(NO 3 3 6H 2 O;(NH 4 6 Mo 7 O 24 6H 2 O;相应金属硝酸盐;无水乙醇;

氨水;柠檬酸。

四、实验步骤

1.按所需摩尔计量比称取La(NO 3 3 6H 2 O,相应金属硝酸盐和(NH 4 6 Mo 7 O 24 6H 2 O,分别以适量蒸馏水溶解混合后搅拌均匀。

2.将络合剂柠檬酸加入到混合溶液中,柠檬酸:总的金属离子的摩尔比=2∶1,加热,搅拌至澄清溶液。

3.以氨水调节pH值至8。所得溶液在90℃反应5h得到透明的溶胶。

4.溶胶经过鼓风电热恒温干燥箱在110℃转变为凝胶。

5.在瓷坩埚中灼烧灰化干凝胶,用玛瑙研钵研磨压片,置于高温电炉中,在800℃预烧10h。

6.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。

7.置于高温电炉中于1150℃下烧结5h。

五、参考文献

[1]冯绍杰,谷少东,汪正红.La 2 Mo 2 O 9 氧离子导体得合成及XSP研究[J].安徽工程科技学院学报,2006,21(01):5~7.

[2] Corbel G.,Laligant Y.,Goutenoire F.,Suard E.,Lacorre P.Chem.Mater.2005,17:4678. dpBKk8hI1ABzIM9Fgiz/HZYHanCNYIVXCBfNeBljrZZtOX9UBbiW7PF3HG6REr+W

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