RE2Zr2O7+δ基烧绿石结构固体电解质及其中低温NOx传感性能研究
批准号:
21403035
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
25.0 万元
负责人:
钟富兰
依托单位:
学科分类:
复合与杂化材料化学
结题年份:
2017
批准年份:
2014
项目状态:
已结题
项目参与者:
肖益鸿、郑勇、王冬梅、阳艳玲、丁作斌、吴青妹
中文摘要
发展中低温NOx传感器是目前极具诱惑力和挑战性的课题,高效的中低温固体电解质的设计合成和作用机制是研究的焦点,而烧绿石结构固体电解质材料是一个新的探索方向。本项目基于前期探索研究,提出采用碱土和稀土金属离子对具有开放式结构的RE2Zr2O7+δ基固体电解质的A、B位进行掺杂来同时提高材料的离子电导率和NOx响应性的新思路,详细研究材料的优化合成和控制制备、晶体结构调变、NOx传感性能及其构效关系。以提高其中低温离子电导率和对NOx传感的灵敏度、稳定性为目标,表征材料的电导率随温度的变化特性,揭示RE2Zr2O7+δ基固体电解质对NOx传感的物理化学机制,搞清楚影响RE2Zr2O7+δ基固体电解质的结构与导电性能的关键因素,探索提高传感器对NOx敏感性和稳定性的新途径。该研究对新型高效NOx传感材料的设计制备有十分重要的科学意义,对燃油汽车节能减排和城市环境保护具有重要的实际应用价值。
英文摘要
The development of low, moderate-temperature NOx sensors is currently a challenging task. The focus was on the design and preparation of solid electrolyte effective at low and moderate temperature. The solid electrolyte with the pyrochlore structure is a new research direction. Based on the results obtained early, the proposal suggests a new idea to simultaneously improve the ionic conductivity and NOx responsiveness by codoping the A and B sites of RE2Zr2O7+δ based solid electrolytes with alkaline earth and rare earth metal ions, respectively. The controlled synthesis and optimization of such materials, the tuning of crystal structure, the NOx sensing performance, and the structure-performance relationship will be studied in detail. The proposal aims at the improvement of ionic conductivity at low and moderate temperature, and the sensitivity and stability of NOx sensor, studies the variation of conductivity VS temperature. The physical and chemical mechanisms of NOx sensing of RE2Zr2O7+δ based solid electrolytes will be clearly revealed. The essential factors affecting the structure and electrical properties of RE2Zr2O7+δ based solid electrolytes at low and moderate temperature are clarified. The new way to improve the sensitivity and stability of the RE2Zr2O7+δ based NOx sensor will be explored. The study is of important and scientific significance to design highly efficient NOx sensing materials. It has the important value for the practical application in energy saving, emission reduction of the fuel automobile, and environmental protection.
本项目针对高灵敏度中低温NOx传感器的设计合成与作用机制这一难题,在固体电解质材料的探索开发方面开展了系列研究工作,研究取得了如下主要进展:(1)详细研究了烧绿石结构 Gd2-xMxZr2O7+δ(M=Ca,Sr,Ba) 固体电解质的控制制备及NOx传感机制,表征了所得固体电解质的晶相结构、形貌特征、电化学特性,揭示了烧绿石固体电解质的结构和导电性能的本质因素,阐明其失效机制。(2)详细研究了烧绿石结构 Pr2Zr2-xCexO7+δ固体电解质的控制制备及NOx传感性能,表征了所得固体电解质的晶相结构、形貌特征、电导率、Pr 和 Ce 的化学价态、CeO2 的氧化-还原特性等化学、物理性质,揭示了Ce3+ 和 Ce4+ 之间独特的氧化还原反应促进了电化学反应中氧离子的传输速度,从而提高传感器对 NO2 的敏感度。(3)研究了烧绿石结构 Pr2Zr2-xMxO7+δ (M=Al,Ga,In)、Pr2-xMxZr1.95In0.05O7+δ (M=Ca,Sr,Ba) 和 Sm2Zr2-xScxO7+δ固体电解质的控制制备及NOx传感机制。表征了所得固体电解质的晶相结构、形貌特征、电化学特性,通过密度泛函理论计算掺杂后O-Zr-O的键角以及各种可能氧离子传输路径所需的能量,揭示了烧绿石固体电解质氧离子在[ZrO6]∝链上的传输机制与NOx传感性能和暗电流的本质关系。(4)研究了钙钛矿结构 Gd1-xCaxAlO3-δ 固体电解质的制备与 NO2 传感性能,详细表征了该固体电解质的晶相结构、形貌特征、电化学特性、电导率与激活能的关系,揭示了该固体电解质与NOx传导性能的构效关系。(5)研究了钙钛矿结构 Na0.5+xBi0.5TiO3(NBT)固体电解质的制备与 NOx 传感性能,表征了NBT固体电解质的结构、形貌特征以及NOx的传感特性,揭示了该固体电解质对NOx传感的物理化学机制。这些研究结果对发展新型高效NOx传感器材料的设计制备有十分重要的科学意义,对燃油汽车节能减排和城市环境保护具有重要的实际应用价值。
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A GdAlO(3) Perovskite Oxide Electrolyte-Based NO(x) Solid-State Sensor.
基于 GdAlO3 钙钛矿氧化物电解质的 NOx 固态传感器
DOI:
10.1038/srep37795
发表时间:
2016-11-25
期刊:
Scientific reports
影响因子:
4.6
作者:
[Xiao Y, Wang D, Cai G, Zheng Y, Zhong F]
通讯作者:
Zhong F
A Novel Highly Sensitive NO(2) Sensor Based on Perovskite Na(0.5+x)Bi(0.5)TiO(3-δ) Electrolyte.
基于钙钛矿 Na0.5 xBi0.5TiO3·电解质的新型高灵敏度 NO2 传感器
DOI:
10.1038/s41598-017-05169-4
发表时间:
2017-07-10
期刊:
Scientific reports
影响因子:
4.6
作者:
[Xiao Y, Zhang C, Zhang X, Cai G, Zheng Y, Zheng Y, Zhong F, Jiang L]
通讯作者:
Jiang L
Structural evolution of alkaline earth metal stannates MSnO3 (M ¼ Ca, Sr, and Ba) photocatalysts for hydrogen production
碱土金属锡酸盐 MSnO3(M × Ca、Sr 和 Ba)光催化剂用于制氢的结构演化
DOI:
--
发表时间:
2016
期刊:
RSC Advances
影响因子:
3.9
作者:
[Fulan Zhong, Huaqiang Zhuang, Quan Gu, Jinlin Long]
通讯作者:
Jinlin Long
Alkaline-Earth Metals-Doped Pyrochlore Gd(2)Zr(2)O(7) as Oxygen Conductors for Improved NO(2) Sensing Performance.
碱土金属掺杂烧绿石 Gd2Zr2O7 作为氧导体,可改善 NO2 传感性能
DOI:
10.1038/s41598-017-04920-1
发表时间:
2017-07-05
期刊:
Scientific reports
影响因子:
4.6
作者:
[Zhong F, Zhao J, Shi L, Xiao Y, Cai G, Zheng Y, Long J]
通讯作者:
Long J
Ce incorporated pyrochlore Pr2Zr2O7 solid electrolytes for enhanced mild-temperature NO2 sensing
掺入 Ce 的烧绿石 Pr2Zr2O7 固体电解质可增强温和温度 NO2 传感
DOI:
10.1016/j.ceramint.2017.06.019
发表时间:
2017-10
期刊:
Ceramics International
影响因子:
5.2
作者:
[Fulan Zhong, Lanqian Shi, Jiwu Zhao, Guohui Cai, Yong Zheng, Yihong Xiao, Jinlin Long]
通讯作者:
Jinlin Long
高效直接氨固体氧化物燃料电池阳极催化剂的设计制备及反应机制研究
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批准号:22378069
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项目类别:面上项目
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资助金额:50万元
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批准年份:2023
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负责人:钟富兰
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依托单位:
烧绿石基直接氨固体氧化物燃料电池阳极催化剂的设计及氨氧化机制研究
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批准号:2023J01066
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项目类别:省市级项目
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资助金额:10.0万元
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批准年份:2023
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负责人:钟富兰
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依托单位:
国内基金
海外基金