Ce0.8Gd0.2-xPrxO1.9固溶体的合成与表征.pdf

V01．32 高等学校化学学报 No．2 2011年2月 CHEMICALJOURNALOFCHINESEUNIVERSITIES 23l一235 Ceo．8Gdo．2一xPL01．9固溶体的合成与表征 林晓敏1，孙嘉苓1，闫石1，朱丽丽1，苏文辉2·3 (1．北华大学物理学院，吉林132013；2．吉林大学物理学院，长春130012； 3．哈尔滨工业大学凝聚态科学与技术中心，哈尔滨150001) 制备的稀土双掺杂固溶体Ce08诋：…Pr019(髫=0，0．02，0．10)的结构和导电性进行了研究．XRD结果表 明，经800oC焙烧所得样品都形成了单相立方萤石结构，平均晶粒尺寸在23～30am之间；XPS结果表明， 样品中Pr离子以混合价态P，+和Pr4+存在；帅锄光谱结果表明，Ceo8Gd0：一，PtO。(聋=0，0．02，0．10)具 有氧缺位的立方萤石结构，Pr离子的掺杂使氧缺位浓度增加；阻抗谱结果表明，稀土双掺杂的固溶体 Ceo．8Gdo．2．，Pr,019(菇=0．02，0．10)的电导率高于稀土单掺杂的固溶体Ce08C,do2019(O600℃=1．62×10。 S／cm，E。=1．12eV)，其中Cen80do．10Pro eV(400 [E。=o．64eV(400℃)，E=o．82oC)]，这与样品Ceo．。G4．2一。Pr,019内部更多的氧离子缺位和 小极化子电子导电有关． 关键词溶胶一凝胶法；Ce。。G4．：一，PrxO∽固溶体；X射线光电子能谱；拉曼光谱；电导率 中图分类号0614．33 文献标识码A 文章编号02514)790(2011)02-0231-05 萤石结构的CeO，是非常重要的基质材料，在能源、冶金、化工和环保等领域具有广泛的应用前 景．稀土元素掺杂的CeO：基材料因在较低温度时(600℃)电导率较高，活化能较低，被认为最有希望 作为中温固体电解质在固体氧化物燃料电池(SOFC)中得到应用¨。J．对Ce。一。Re，O：一。固溶体的研究 稀土单掺杂CeO：基材料虽然具有较高的离子电导率，但还未达到SOFC的商业化要求．而双稀土 掺杂的CeO：基材料，通过调整掺杂离子的平均半径和氧离子缺位浓度，可以有效地提高其离子电导 率．大量研究。卜101表明，在稀土单掺杂CeO：基电解质中通过适量掺杂Pr可改善材料的电性能，以 mW／cm2，优于 Cen9Smo．惦Pr。．020，．。，作为SOFC电解质的单电池，在750℃时最大输出功率密度为126 以Ceo．，Smo．。O¨，作为电解质的单电池性能，开路电压由于Pr离子的混合价态所产生的电子导电而变 小J．掺杂少量Pr3+可减少或消除Ce¨，Smo．。，O：一。晶粒表面和晶界处的坑痕或孔洞，增加材料的致密 度，降低材料的晶界电阻和电极界面电阻，从而提高电导率埔j．在Ce。．。Gd。．∞O：一。中少量掺杂Pr可使 电化学活性，改善阴极性能¨引，因此对ce¨Gdn：一。Prx0∽材料性能的深入研究具有重要意义．传统的 固相法合成材料焙烧温度在1600oC以上，能耗高，而溶胶一凝胶法由于在较低温度下就可以合成纯度 高、均匀性较好、致密度高的电解质材料而得到广泛应用．本文采用溶胶．凝胶法合成了固溶体 1 实验部分 1．1试剂与仪器 Ce(NO，)3·6H：O，Gd：O，和Pr60，。均为分析纯试剂． 收稿日期：2010-06-02． 基金项目：国家自然科学基金(批准号和吉林省教育厅科研基金(批准号：201167)资助． 联系人简介：林晓敏，女，博士，教授，主要从事固体电解质研究．E—mail：linxiaominl964@yahoo．130111．cn 万方数据 232 高等学校化学学报 V01．32 利用D／max—rA型12kW转靶x射线衍射仪(日本理学)测定样品的晶体结构；