[发明专利]一种复合氧化物质子导体材料及其制备方法

说明书

一种复合氧化物质子导体材料及其制备方法，分子式为A_1‑yA′_yB_1‑zB′_zO_3‑α‑A₃(B′_1+xB″_2‑x)O_9‑γ；制备方法为：(1)准备第一A原料、第一B′原料和B″原料，混合球磨获得混合粉体Ⅰ；(2)混合粉体Ⅰ压制成块后煅烧制成煅烧物料Ⅰ；(3)准备第二A原料、B原料、A′原料，和第二B′原料，混合球磨获得混合粉体Ⅱ；(4)混合粉体Ⅱ压制成块后煅烧制成煅烧物料Ⅱ；(5)煅烧物料Ⅰ和煅烧物料Ⅱ混合球磨获得混合粉体Ⅲ；(6)压制成块，在1300～1700℃烧结。本发明的产品既能限制材料的电子导电，又提高了材料的质子电导率，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种复合氧化物质子导体材料及其制备方法。

背景技术

高温氧化物质子导体是一种能够在高温下传递质子的固体电解质材料，在氢传感器、燃料电池、常压合成氨、电化学加氢脱氢等领域，质子导体具有良好的应用前景。

在高温质子导体中掺杂的简单钙钛矿ABO₃型材料及双钙钛矿A₃(B′_1+xB″_2-x)O₉材料具有良好的质子导电性能。

简单钙钛矿结构ABO₃为立方、四方或者正交晶系，其中A位通常为+2价阳离子(如Ba、Ca、Sr等)，B位为+4价阳离子(如Zr、Ce等)，通常以三价稀土元素对四价B位元素进行掺杂后，使原材料产生氧空位。氧空位捕获气氛中的水蒸气或者氢气可引入质子，产生质子导电。但是在气氛氧分压较高时，材料中的氧空位捕获气氛中的氧气，产生电子空穴；低氧时，材料中的氧离子进入气相，产生氧空位及自由电子，产生电子导电，限制了材料的应用。

双钙钛矿A₃(B′_1+xB″2_-x)O₉材料中A为位通常为离子半径较大+2价阳离子(如Ba、Sr等)，B′位通常为离子半径小于A位离子的+2价阳离子(如Sr、Ca等)，B″位通常为的+5价阳离子(如Nb、Ta、V等)。通过调整B′及B″位离子比例，产生氧空位，引入质子，产生质子导电；不同于ABO₃简单钙钛矿材料，双钙钛矿A₃(B′_1+xB″_2-x)O₉材料可阻碍电子及电子空穴导电；但是，在600℃以上时双钙钛矿A₃(B′_1+xB″_2-x)O₉材料中的质子浓度急剧降低，导致材料在高温下质子电导率较低。

由上述可知，目前的简单钙钛矿结构ABO₃材料易产生电子及电子空穴导电，而双钙钛矿A₃(B′_1+xB″_2-x)O₉材料在高温下质子电导率较低，限制了材料的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种复合氧化物质子导体材料及其制备方法，采用双钙钛矿A₃(B′_1+xB″2_-x)O_9-γ材料作为基体，在其中复合一部分简单钙钛矿ABO₃材料；双钙钛矿材料可以限制材料中的电子及电子空穴导电，而简单钙钛矿ABO₃材料可以引入更多的质子，保证材料在高温下保持较高的质子浓度，从而提高材料的质子电导率。