[發明專利]一種金屬氧化物質子傳導材料及其制備方法

無效

• 申請號: 200910116241.1
• 申請日: 2009-02-25
• 公開（公告）號: CN101543732A
• 公開（公告）日: 2009-09-30
• 發明（設計）人: 劉衛;畢磊;方曙民;鄢澧濤;孫文平
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: B01D71/02
• 分類號: B01D71/02
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司
• 代理人: 汪祥虬

技術領域

本發明屬于氧化物陶瓷膜技術領域，特別涉及金屬氧化物質子傳導材料及其制備方法。

背景技術

據美國《化學材料》(Chemistry?of?Material，18，2006，4647-4650)介紹，現在被應用的金屬氧化物質子導體材料主要是基于鈣鈦礦的金屬氧化物，其中鈰酸鋇基的金屬氧化物由于具有較高的質子電導，更受到廣泛的關注。但由于鈰酸鋇基的質子導體材料在含二氧化碳及水的氣氛下的化學穩定性比較差，使其應用范圍受到一定的限制。而現有的氧化鈰基的金屬氧化物雖然在含二氧化碳及水的氣氛下具體較強的化學穩定性，但其被普遍認為是氧離子導體，具有較高的氧離子電導率，而其質子電導極弱。據荷蘭《固態離子學》(Solid?State?Ionics，113-115，1998，347-354)報道，傳統的低摻雜(摩爾摻雜量低于20％)的氧化鈰基化合物，其質子電導率僅為10^-6西門子/厘米，與傳統的鈰酸鋇基的質子導體相比低下幾個數量級，現有低摻雜的氧化鈰基化合物不能適合質子電導應用的需要。

發明內容

本發明的目的是提出一種金屬氧化物質子傳導材料及其制備方法，其質子傳導性能可與現有的鈰酸鋇基的質子導體相比，但具有更強的化學穩定性。

本發明的金屬氧化物質子傳導材料，為氧化鈰基的Ln_xCe_1-xO_2-δ或Ln_xM_yCe_1-x-yO_2-δ材料，式中的Ln為包括La、Y、Nd、Sm、Gd、Dy或Yb在內的稀土元素或它們的混合物，M是堿土金屬；特征在于其中的攙雜量為0.3≤x≤0.7，0≤y≤0.05。

本發明的金屬氧化物質子傳導材料的制備方法，其特征在于：將Ln₂O₃和CeO₂以及MCO₃按Ln_xCe_1-xO_2-δ或Ln_xM_yCe_1-x-yO_2-δ的化學反應計量比混合均勻，其中的0.3≤x≤0.7、0≤y≤0.05，在1200-1400℃煅燒至成相；或，以Ln(NO₃)₃和Ce(NO₃)₃以及M(NO₃)₂為原料按Ln_xCe_1-xO_2-δ或Ln_xM_yCe_1-x-yO_2-δ的化學反應計量比混合均勻，其中的0.3≤x≤0.7，0≤y≤0.05；再按金屬離子摩爾量的1-1.5倍加入檸檬酸或甘氨酸為絡合劑，混合均勻后點燃，然后再在900--1100℃煅燒至成相；其中Ln選自La、Y、Nd、Sm、Gd、Dy或Yb在內的稀土元素或它們的混合物，M是堿土金屬；得到Ln_xCe_1-xO_2-δ或Ln_xM_yCe_1-x-yO_2-δ粉體；再將所得到的Ln_xCe_1-xO_2-δ或Ln_xM_yCe_1-x-yO_2-δ粉體與Ni的粉體按質量比45∶55-70∶30混合均勻后，在1250-1430℃燒結致密，得到氧化物陶瓷透氫膜。

與現有技術相比較，由于本發明采用氧化鈰基的Ln_xCe_1-xO_2-δ或Ln_xM_yCe_1-x-yO_2-δ材料作為質子傳導材料，其中0.3≤x≤0.7，0≤y≤0.05，本發明材料所具有的質子傳導性能可以與傳統的ABO₃型鈰酸鋇基的質子導體相比較，但其可以在含有二氧化碳和水的氣氛中穩定存在，比傳統的ABO₃型鈰酸鋇基的質子導體材料在含有二氧化碳和水的氣氛中具有更好的化學穩定性。