载银氧化锆纳米晶陶瓷微滤膜抗菌研究

用约为20nm的四方相ZrO2纳米晶对陶瓷微滤膜进行通体修饰后,其平均孔径由3.20μm缩小为3.15μm。将广谱无机抗菌剂之一的银系附着在陶瓷微滤膜表面的ZrO2纳米晶涂层,银以岛状纳米晶沉积附着在四方相ZrO2上,含银纳米晶粒尺寸大小不一。以Ag进行掺杂改性后,改性粉体的润湿性变得更好,其中以Ag掺杂量为0.5mol%时,改性粉体的润湿性能为最好。以金黄色葡萄球菌为实验对象,研究了载银陶瓷微滤膜对金黄色葡萄球菌的杀伤效应,并初步探讨了对细胞的作用机理。

固体氧化物燃料电池阴极材料La_(1.2)Sr_(0.8)Co_(0.8)Ni_(0.2)O_(4+δ)的研究

以聚丙烯酸、柠檬酸和尿素三种复合配体作为络合剂,采用溶胶凝胶法制备成La1.2Sr0.8Co0.8Ni0.2O4+δ前驱物,经800℃煅烧获得阴极粉体。利用丝网印刷法将LSCN和GDC制备成复合阴极。利用XRD、TEM、ED、SEM、压汞仪和电化学工作等分别对LSCN粉体的物相、结构和电极的形貌、孔结构和电性能等进行了表征。研究结果表明,800℃煅烧获得了颗粒尺寸约为80nm、正交晶型结构的La1.2Sr0.8Co0.8Ni0.2O4+δ阴极粉体,单电池以含水蒸气的H2为燃料在750℃得到了稳定的电性能。

丁酸络合浸渍法制备SOFC阳极及其电性能的研究

利用丁酸络合浸渍法在致密YSZ／多孔YSZ复合体中制备Ni—YSZ阳极。采用SEM、压汞法、阿基米德排水法、XRD、电子天平增重、电化学工作站等测试手段分别对致密YSZ／多孔YSZ复合体的结构、孔径分布和孔隙率、浸渍体的物相、浸渍量及单电池的电性能进行了表征。研究结果表明，致密YSZ／多孔YSZ复合体结合紧密，多孔YSZ孔径分布比较均匀，孔结构规整，孔隙率达52％；致密YSZ／多孔YSZ复合体通过11r鼬／nMk1．5的浸渍液浸渍8次可以得到浸渍增重为40．5wt％的半电池。浸渍的NiO晶粒为20～40nm，提高了Iif=I极的催化活性，有效地增加了阳极反应三相界面的长度，单电池获得了良好的电性能。

纳米YSZ包裹NiO对固体氧化物燃料电池阳极性能的影响

利用沉淀法制备纳米YSZ包裹的Nio粉体，将其和8YSZ及PMMA按一定质量比混合，采用水系流延技术经1400℃烧成制成阳极支撑型阳极，采用丝网印刷技术印刷4LSM＋SSZ复合阴极，在1200℃下煅烧2h得到单电池。以X射线衍射仪、透射电镜、电子扫描电镜、阿基米德排水法、压汞法和电化学工作站等测试手段分别对包裹粉体的物相、显微结构及单电池的显微结构和电化学性能等进行了表征。结果表明，沉淀法制备的20～50nm立方相YSZ颗粒能够有效地附着在NiO颗粒上，通过这种方式构建的多孔网络结构的阳极，大大的增加了三相界面的长度，有利于燃料气H2的扩散，降低电池的浓差极化。以H2＋5％水蒸气为燃料气，空气为氧化气，在750℃ 2wt%纳米YSZ包裹NiO的单电池的最大功率密度为1．02w／d，欧姆电阻为0．19Ωcm^2，极化电阻0．38Ωcm^2。

沉淀法制备草酸镍对SOFC阳极电性能的影响

以Ni(NO3)2.6H2O为主要原料,氨水为沉淀剂,采用沉淀法制备草酸镍。以草酸镍作为SOFC阳极材料。通过XRD、DTA-TG、SEM和电化学工作站等测试手段分别对粉体物相、热综合分析及电池的结构与电性能进行了表征。研究结果表明,利用沉淀法制备的粉体为单斜晶系的Ni2C2O4.2H2O,以NiC2O.42H2O作为阳极材料,具有很高的催化活性,使得单电池在H2燃料气下750℃的开路电压为1.05V,最高功率密度为1.32W/cm2。

高比表面多孔结构的γ-Al_2O_3为载体的新型催化剂的开发初探

以桃胶与硫酸铝铵为原料,通过调节反应体系的配料比和煅烧工艺,可调控多孔γ-Al2O3的表面积、孔容、孔径大小及尺寸分布。以高比表面的γ-Al2O3为载体制备的磺化聚苯硫醚铑配合物为催化剂,在80℃和不同的压力条件下及不同的溶剂中,对α,ω-十一烯甲酯的氢甲酰化反应进行了研究。反应产物除α,ω-十二醛酯外,无加氢副产物发生,从电子因素和空间位阻等方面对正/异构比和该催化过程进行了分析。

沉淀法制备中温固体氧化物燃料电池电解质材料8YSZ

以Zr （NO3）4·5H2O与Y（NO3）3·6H2O为主要原料,以柠檬酸为缓冲溶液,采用沉淀法制备电解质用8YSZ粉体,利用涂覆法在水系流延技术制备的半电池上涂覆LSM阴极得到单电池.运用XRD、TEM、激光粒度仪、SEM和电化学工作站等测试手段对粉体的物相、结构和粒度分布及单电池的结构与电性能进行了表征.研究结果表明,分散均匀、颗粒尺寸为50～100 nm、立方相8YSZ电解质在1375℃烧成具有高致密度,单电池在750℃时,以氢气和3％水蒸汽为燃料气,空气为氧化气的条件下,获得了开路电压为1.13 V,最大功率为0.93 w/cm2,欧姆阻抗为0.19Ωcm2和极化阻抗为0.65 Ωcm2的电性能.

阳极功能层厚度对中温固体氧化物燃料电池电性能的影响

采用水系流延成型工艺,研究了阳极支撑型中温SOFC阳极功能层厚度对中温SOFC电性能的影响,运用电化学工作站对单电池的电性能进行了表征。结果表明,在相同的运行温度下,单电池的功率密度随着功能层厚度的增加而减小,而极化阻抗则相应增加;单电池的功率密度随着运行温度的提高而增大,对应的极化阻抗则减小。以H2+3%水蒸气为燃料气,空气为氧化气,在750℃运行条件下,功能层厚度为25μm、30μm和35μm的单电池的功率密度分别为0.31 W/cm2、0.10 W/cm2和0.07 W/cm2,相应的极化阻抗则分别为1.05Ωcm2、2.41Ωcm2和3.08Ωcm2;阳极功能层厚度为25μm的单电池的测试温度在700℃、750℃和800℃,其功率密度分别为0.22 W/cm2、0.31 W/cm2和0.45 W/cm2,对应极化阻抗分别为1.90Ωcm2、1.05Ωcm2和0.67Ω/cm2。

新型铝硅酸盐复合陶瓷材料的研制

以粉煤灰为主要原料,通过溶胶-凝胶法对粉煤灰进行表面包覆改性,制备了稳定性良好的高活性粉体,降低了样品烧结温度。测试了粉煤灰改性前后表面荷电(ξ电位)随pH值的变化情况,确定了改性体系最佳pH范围是7.8～8.1。借助DTA-TG分析和XRD分析研究了粉体热处理过程中的相变化,确定了改性粉煤灰预处理制度及制备样品的烧成制度。利用正交实验确定了样品的最优配方,在950℃烧成时,样品抗压强度比未改性的强度增加31.6%。

阳极NiO/YSZ含量对SOFC电化学性能的影响

采用水系流延技术制备电解质,利用涂覆法分别在电解质面涂覆Ni O/YSZ阳极和LSM/YSZ阴极得到电解质支撑型单电池。采用SEM和电化学工作站等测试手段分别对半电池的结构和单电池的电性能进行表征。研究结果表明,经1500℃保温2h烧成电解质,经1250℃保温2 h烧成半电池,电解质表面致密,阳极与电解质结合性好。Ni O/YSZ=6∶4阳极的单电池以氢气+3%H2O为燃料气,空气为氧化气,在750℃运行的最大功率密度为0.20 W/cm2,极化阻抗为0.98Ω·cm2。

造孔剂含量对固体氧化物燃料电池阳极的结构与电性能的影响

通过向阳极添加造孔剂(PMMA)改善阳极的微观结构,研究不同含量的造孔剂(PMMA)对阳极的显微结构、电性能的影响。利用SEM、电化学工作站等测试手段对单电池的结构和电性能进行了表征。研究结果表明,添加7 wt.%的PMMA造孔剂制备的单电池,阳极的孔隙率高,阳极中的气孔分布均匀,结构规整,降低了燃料气的传输阻力,提高了三相反应界面,获得了良好的电性能。以H2+3%H2O为燃料气,在750℃下单电池的开路电压(OCV)为1.08 V、最大功率密度为0.82 W/cm2、欧姆阻抗为0.20Ω·cm2、两极阻抗为0.53Ω·cm2。

石英质高温闭孔泡沫陶瓷的制备

采用发泡法,以石英为主料,钾长石作熔剂,并添加适量的CaSO4作发泡剂,PVA为粘结剂,干压成型后于1600℃下制备高温闭孔泡沫陶瓷。综合运用SEM、XRD等测试手段对泡沫陶瓷的孔径分布、显微结构、物相组成等进行了表征。结果表明,泡沫陶瓷的气孔率高达63.29%(闭孔气孔率为58.07%,开孔气孔牢为5.22%);体积密度为0.716g/cm3;抗压强度为4.56MPa;导热系数为0.137W/(m·K);主晶相为方石英;且孔径和气孔率随着烧成温度升高以及保温时间延长而增大,气孔率越高,泡沫陶瓷的抗压强度越小,导热系数也越小;在相同气孔率的情况下,气孔孔径越小,泡沫陶瓷的导热系数越小。

原料和制备工艺对闭孔石英泡沫陶瓷性能的影响

以石英为主要原料,钠长石或钾长石作熔剂,CaCO_3或CaSO_4为成孔剂,PVA为粘结剂,干压成型后于1600℃左右烧结成闭孔泡沫陶瓷。运用SEM对泡沫陶瓷的显微结构进行了表征。结果表明,以高温粘度较小的钠长石作熔剂的泡沫陶瓷其气孔封闭性优于以钾长石作熔剂的泡沫陶瓷;采用CaSO_4作成孔剂的泡沫陶瓷具有较高的气孔率;烧成温度提高和保温时间延长,可提高泡沫陶瓷的气孔率;烧成速度越快,气孔数量越多,气孔越不规整;而成型压力增加,泡沫陶瓷强度降低。

ZrO_2纳米晶涂层修饰改性的陶瓷微滤膜性能

对α-Al2O3陶瓷膜进行四方相的ZrO2纳米涂层修饰。陶瓷膜分别经5,8.5,12nm3种不同尺寸的四方相ZrO2纳米晶涂层修饰改性后,ZrO2纳米晶的尺寸越小,Zeta电位的绝对值也就越大,等压下的水通量也就越大。经修饰改性后的陶瓷微滤膜在平均孔径相对于支撑体缩小约10倍后,在相同压差下其水通量明显大于支撑体的水通量。过膜后水的渗透压呈略微上升的趋势及电导率产生突跃性的增加。在陶瓷膜表面羟基的亲水性和荷电特征等因素的作用下,过膜后较大的水分子团簇(结构)断裂为较小的团簇。

超低膨胀系数堇青石蜂窝陶瓷材料的制备

利用XRD、SEM等测试技术对NGK和宜兴某厂的堇青石蜂窝陶瓷样品进行对比分析和研究,结果得出:由于NGK堇青石陶瓷在微观结构方面产生微裂纹导致NGK(0.2×10-6/℃)生产的堇青石蜂窝陶瓷热膨胀系数(1.2×10-6/℃)比宜兴产的小。由此提出了超低膨胀系数堇青石陶瓷的制备方案,即从浆料分散及烧成制度两个方面对宜兴蜂窝陶瓷微观结构进行优化从而有效降低其膨胀系数。

不同方法制备GDC纳米粉体及其作为SOFC单电池阻挡层的应用研究

分别以尿素和NH4HCO3为沉淀剂通过沉淀法制备纳米GDC(10 mol%Gd2O3掺杂CeO2)粉体,研究对比两种GDC粉体的形貌及其烧结体的烧结性能和电性能。实验结果表明:以NH4HCO3为沉淀剂制备的粉体呈纳米球形,有利于致密烧结(1380℃烧结可达96%相对密度),适合作为制备SOFC(固体氧化物燃料电池)单电池(NiO+YSZ||YSZ||GDC||LSCF)阻挡层的流延原料。在700℃,以3%H2O+H2为燃料,空气为氧化气体,测得单电池的功率密度为0.66 W/cm2。而以尿素为沉淀剂制备的GDC粉体尺寸较大、产率低且呈类棒状,不利于密堆积,与YSZ的球形形貌迥异导致层与层的结合不紧密,采用同种方法制备及同种条件下测试,其功率密度仅为0.42 W/cm2。

阳极支撑结构IT-SOFC的阳极及电解质层的水系流延与共烧

采用水系流延成型,共烧制备了平板式中温固体氧化物燃料电池(SolidoxidefuelcellSOFC)的NiO/YSZ阳极支撑电解质氧化钇稳定氧化锆(YSZ)薄膜复合体。通过调节优化浆料的pH值、分散剂和粘度获得了具有均匀的微观结构电解质YSZ与阳极NiO/YSZ流延素坯。调节阳极中的YSZ粉体的颗粒级配,以促使阳极坯片的烧成收缩与电解质坯片的烧成收缩相匹配,获得大面积、平整的阳极与电解质复合烧结体,其中阳极层厚度为0.5～1.0mm,孔隙分布均匀,孔隙率达30vol%以上;电解质厚度为15μm以下,相对密度大于98%;阳极与电解质层界面两者能很好地烧结在一起。

SOFC纳米La_(0.6)Sr_(0.4)Co_(0.4)Fe_(0.6)O_3阴极粉体的制备及性能表征

采用EDTA-柠檬酸复合络合法合成了固体氧化物燃料电池(SOFC)纳米阴极粉体La0.6Sr0.4Co0.4Fe0.6O3(LSCF)。运用TG-DTA、FT-IR、XRD、SEM、TEM和电化学分析仪分别对产物形成过程、晶体结构、粉体形貌和电化学性能进行了分析与表征。实验结果表明:在溶胶-凝胶法制备过程中,采用EDTA和柠檬酸同时作为络合剂进行络合反应所制备的凝胶,能在较低的温度(600℃)下生成按化学计量配比的钙钛矿晶体La0.6Sr0.4Co0.4Fe0.6O3,800℃下煅烧的粉体粒子仅为20～30nm,粒子大小较一致,团聚体较少,呈球形。进一步测试其电化学性能,采用该粉体制备阴极的阳极支撑型SOFC纽扣电池(GDC+Ni GDC LSCF)具有较高的性能,以氢气为燃料,空气为氧化剂,在700℃、750℃工作温度下,最大功率密度分别为0.72 W cm-2,0.85 W cm-2,与相同条件下采用柠檬酸单一络合法制备的LSCF粉体相比,电性能有明显提高,其最大功率在700℃、750℃下分别只有0.22 W cm-2、0.46 W cm-2。

固体氧化物燃料电池NiO@GDC复合阳极制备及性能研究

采用溶胶凝胶法制备NiO@GDC复合阳极材料。以NiO、GDC作为阳极、YSZ为电解质、GDC为阻挡层、LSCF为阴极制备单电池,并研究不同NiO/GDC质量比对粉体形貌及单电池电性能的影响。通过XRD、SEM以及电化学工作站等测试手段分别对粉体、物相及电池的电性能进行了测试与表征。结果表明,750℃下,3%H2O+H2还原气氛下测试,阳极中NiO/GDC质量比为5∶5时单电池具有最好的电池输出性能,最高开路电压为1.08 V,功率密度是0.4 W/cm2,极化电阻是1.0Ω·cm2。

新型铝硅酸盐基多孔陶瓷材料合成工艺研究

以粉煤灰、固体燃料以及少量黏结剂为主要原料,采用KAl(SO4)2·12H2O和碱性激发剂作为Al2O3的前驱体,通过溶胶-凝胶法对粉煤灰粉体进行表面包覆改性,在原灰表面形成无定型态Al(OH)3溶胶提高了原粉煤灰的表面活性,由于降低了原灰颗粒的表面能,从而降低了样品烧结温度。借助Zeta电位分析仪(Brookhaven Instruments Corp,USA)分析粉煤灰改性前后表面所带电荷(ξ电位)随pH值变化情况,确定了改性处理化学反应体系最佳pH范围是7.8～8.1;探讨了制备工艺对改性后粉煤灰颗粒表面ξ电位和分散体系性能的影响。借助TGA-DSC分析和XRD分析研究了粉体热处理过程中的相变化,确定了改性粉煤预处理制度以及粉煤灰制备样品的热处理制度。