[发明专利]铈酸锶基高温质子导体材料及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及高温质子导体领域，特别是涉及一种提高SrCeO₃基高温质子导体化学稳定性的方法，具体地说是涉及一种SrCeO₃基高温质子导体材料及其制备方法。

背景技术

1981～1988年，日本H.Iwahara等人相继报道了以通式为ABO₃(A代表Ca、Sr、Ba等+2价阳离子，B代表Ce、Zr等+4价阳离子，O代表O^2-阴离子)的氧化物，用+3价稀土元素或In³⁺等+3价阳离子的氧化物掺杂后，产生氧缺陷，可表示为AB_1-xM_xO_3-δ(x表示掺杂元素形成氧化物固溶体的范围，x＝0.05～0.25，δ表示复合氧化物单位晶胞中O^2-的空位数)，在高温含氢或含水蒸汽气氛下具有质子导电性，由于其在氢泵、气体传感器、水蒸汽电解池、固体氧化物燃料电池、气体分离膜、有机合成催化脱氢及加氢的膜反应器等方面具有广阔的应用前景而引起了国内外的广泛兴趣。

其中，SrCeO₃基高温质子导体具有电导率高、质子迁移数大等优点，然而，其化学稳定性差，易与H₂O或CO₂反应，生成Sr(OH)₂或SrCO₃以及CeO₂，限制了实际应用。目前改善SrCeO₃基高温质子导体化学稳定性的研究报道极其罕见，仅有屈指可数的几篇。例如德国专利(DE19535922)中制备了SrYb_0.05(Ce_1-xZr_x)_0.95O_3-δ(x＝0，0.25，0.5，0.75，1)系列高温质子导体，并随后在文献(Solid State Ionics 86-88(1996)：659-663)中进行了详细的报道，主要是通过采用Zr置换部分Ce原子获得具有较高机械稳定性和质子导电性的材料。Wen等人(Journal of Alloys and Compounds 440(2007)：270-275)研究了Sr(Ce_1-xZr_x)_0.95Yb_0.05O_3-δ(x＝0.1，0.2，0.3，0.4)系列材料经纯CO₂(99.99％)气氛900℃处理前后的物相变化情况，发现一定量的Zr取代部分Ce原子，能显著改善材料对CO₂的化学稳定性。美国专利(US20090169953)中指出SrZr_0.5Ce_0.5Y_0.1O_3-δ材料具有优良的化学稳定性，尤其是对含CO₂气体的气氛。

近年来，由于全球节能环保的需要而引起的对氢能的开发应用使高温质子导体日益受到关注，攻克SrCeO₃基高温质子导体化学稳定性差的难题迫在眉睫。本发明提出通过用电负性较Ce高的Sn部分取代Ce，提高两种最具代表性的SrCeO₃基高温质子导体SrCe_0.9Y_0.1O_3-δ与SrCe_0.95Yb_0.05O_3-δ材料的酸性，从而抑制其与H₂O或CO₂的反应，解决SrCeO₃基高温质子导体化学稳定性差的问题，迄今为止尚未见他人的研究报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种改善SrCeO₃基高温质子导体化学稳定性的方法，更确切地说，是提供一种通过合适的离子对SrCeO₃基高温质子导体材料进行掺杂改性，制备出一种对H₂O和CO₂化学稳定的SrCeO₃基高温质子导体材料。

本发明采用的技术方案如下：