BaCeO3基质子导体是一类重要的功能材料，在固体氧化物燃料电池（SOFC）、氢传感器、水蒸气电解器、氢的分离与纯化、常压合成氨、核聚变反应堆废气中氢同位素的回收等电化学装置及膜反应器方面具有重要的应用价值和广泛的应用前景。
BaCeO3掺杂离子通常有三价稀土离子和Ca2+，相对于Ca2+三价稀土离子掺杂具有更高的电导率，但Ca元素含量丰富价格低廉，在BaCeO3的Ce位掺Ca对于节约成本实现工业应用具有重要意义。但到目前为止，掺杂CaO的BaCeO3陶瓷的研究存在两个方面的不足：（1）传统的高温固相法制备掺杂CaO的BaCeO3质子导体的煅烧与烧结温度通常高达1400℃与1665℃，太高的热处理温度产生能耗高和对设备要求高等问题。（2）Iwahara题组研究了Ca掺杂BaCeO3在600～1000℃下的质子导电性，Slade课题组仅仅采用水蒸气浓差电池方法研究了Ca掺杂BaCeO3在400～800℃下的质子导电性，但至今对于300～600℃下的质子导电性研究仍不充分，也未见其在常压合成氨方面的应用报道。此外，将BaCeO3基质子导体应用于有机物催化合成的报道很少。为此，本论文针对上述问题进行了研究。
本论文的主要研究工作及结果如下：
1.采用微乳液法合了BaCe1-xCaxO3-α（X=0.05，0.10，0.15，0.20）系列陶瓷样品的粉体，经1050℃下煅烧及1500℃下烧结制得了致密的陶瓷样品，煅烧与烧结温度分别较传统高温固相法降了350℃和165℃。为了比较不同方法的影响，还采用了溶胶-凝胶法合成了x=0.10的样品。
对样品形成过程及微观结构进行了DSC-TGA、TEM、SEM及XRD等表征。
2.采用交流阻抗、氢气浓差电池及电化学氢分子透过（氢泵）等方法系统研究了BaCe1-xCaxO3-a样品的中温（300～600℃）导电性能。研究发现：样品在中温下氢气气氛中是纯质子导体，X=0.10的样品具有最高的质子电导率。
3.研究发现，合成方法对样品的导电性能具有较显著影响。微乳液法合成的样品比溶胶-凝胶法合成的样品具有更高的电导率。例如：对于BaCe0.90Ca0.10O3-10-4，微乳液法和溶胶-凝胶法合成的样品在600℃时的质子电导率分别为7.64x10-4S·cm-1和1.22×10-4 S·cm-1。
4.成功地将BaCe1-xCaxO3-α系列样品中质子电导率最高的BaCe0.90Ca0.10O3-α应用于常压合成氨。在480℃时施加直流电为0.80 mA条件下，氨气的最高产率达到2.69x10-9 mol·S-1·cm-2，高于Science上报道的氨产率（电解质：SrCe0.95Yb0.05O3-α，氨产率：7.5×10-11 mol·S-1·cm-2）。
5.采用微乳液法合成了BaCe1-xYbxO3-a（X=0.05，0.10，0.15，0.20）系列陶瓷样品的粉体，在较低烧结温度下制得致密的陶瓷样品。在该系列样品中，X=0.10的样品具有最高的质子电导率，600℃时为1.17x10-2 S·cm-1。将BaCe0.90Yb0.10O3-α应用于常压合成氨，在480℃、0.60 mA的外加电流条件下氨气的最高产率达到1.98x10-9mol·S-1·cm-2。
6.本文首次将Yb3+掺杂BaCeO3质子导体应用于甲醛催化加氢合成甲醇，在外加电流为10mA，260℃下甲醇的最大产率为1.60x10-8mol·S-1·cm-2，为有机物催化加氢提供了重要依据。
- 作 者：
- 刘进伟
- 学科专业：
- 无机化学
- 授予学位：
- 硕士
- 学位授予单位：
- 苏州大学
- 导师姓名：
- 马桂林
- 学位年度：
- 2010
- 研究方向：
- 语 种：
- chi
- 基金项目：
