水热法合成稀土掺杂氧化铈纳米粉末物【字数：10132】
萤石结构的稀土掺杂氧化铈材料具有良好的中低温离子导电率和良好的理化特性,而被广泛应用于新能源、化工、冶金、医学领域以及气体探测器等方面。尤其是随着中低温固体氧化物燃料电池研究的兴起，对符合应用要求的钐掺杂氧化铈纳米粉末制备方法的探索显得非常的必要。本实验将以Ce(NO3)·6H2O和Sm(NO3)·6H2O为原料，利用水热法合成稀土掺杂氧化铈纳米粉末。通过改变反应前驱体和反应条件来合成纳米粉体，利用XRD、粒度分布仪器等对物相进行表征和分析，研究合成工艺对纳米粉体物相和颗粒粒径的影响。
目录
第一章 绪论
1.1引言
1.2固体电解质简介
1.3纳米材料简介
1.4掺杂型稀土氧化铈纳米材料简介
1.5钐掺杂氧化铈纳米材料的制备方法
1.5.1固相法
1.5.2液相法
1.5.3气相法
1.6课题研究的背景
1.7课题研究的现状
1.7.1水热法制备Sm掺杂CeO2的研究进展
1.7.2氧化铈纳米材料在固体燃料电池中应用
1.7.3燃料电池电解质研究现状
1.8本文研究的目的及意义
第二章 实验部分
2.1实验和药品
2.2实验仪器与设备
2.2.1实验设备
2.3步骤流程图
2.4实验方案与步骤
2.4.1前驱体溶液的制备
2.4.2方案一
2.4.3方案二
2.4.4方案三
第三章 产物实验表征分析
3.1 Sm掺杂氧化铈粉末XRD表征
3.1.1 Sm掺杂CeO2样品的XRD表征
3.2 钐掺杂氧化铈粉末的粒度表征
第四章 结论
参考文献
致谢
第一章 绪论
1.1引言
我国正处于一个经济高速发展的时代，能源的消耗十分巨大，仅靠传统的能源已经难以支撑我国的快速发展。能源不仅对于经济和社会的发展有着至关重要 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
的作用，而且对于我们的生活也息息相关。随着我国人口的增长和经济的发展,传统能源短缺问题已经成为严重制约社会经济进一步发展的因素.而在另一方面,因过量使用化石能源带来环境污染也日趋严重，如何解决能源问题已经成为当前首要任务。这些难题，促使我国只能提前新能源时代，有学者提出目前可行的办法就是发展固体氧化物燃料电池，它是一种能高效且清洁利用化石能源的重要技术之一。
燃料电池的基本原理就是利用电化学反应的方式将碳氢燃料的化学能高效地转化为电能的装置，它是一种可持续发展的绿色清洁能源。燃料电池的主体由四部分组成,即正极、负极、电解质和外部电路。燃料气体和氧化气体分别由燃料电池的正电极（即氧化电极）和负电极（即燃料电极）通入。燃料气体在阳极上失去电子,电子经外电路传导到阴极并与氧化气结合生成离子。离子在内建电场作用下,通过电解质迁移到阳极上,形成一个完整的回路；同时使之离子与燃料气体反应产生电流。且电池在发电的同时其内部电阻会产生热量，电化学反应过程中也会产生一定热量。电池的阴、阳两极除传导电子外,也对电池内部电化学反应起催化作用。电解质用来迁移离子隔离分燃料气体和氧化气防止两种气体混合导致电池内短路,电解质通常为致密结构[1]。
随着稀土材料的使用和发展，稀土材料作为新型材料资源成为二十一世纪最具竞争价值的资源之一。稀土元素由于内层具有特殊的4f电子，其理化性质上具有其它元素所不具备的光、电、磁、热等特性，目前就燃料电池（SOFC）方面，稀土可以用来作制作燃料电池的电解质的材料。我国拥有全世界一半以上的稀土矿藏，这将是我国发展稀土材料的一大优势。据统计，当前世界有70%左右的稀土都是应用于材料方面。稀土材料以添加稀土来改善材料的性能扩大其应用的范围。稀土材料应用广泛主要包括传统材料领域和高新技术领域两个方面。本文就稀土掺杂氧化铈纳米材料来说，它不仅拥有稀土材料的特性，而且还具有纳米材料的特点，它是集稀土材料和纳米材料优点于一身，同时拥有二者的理化特性。所以稀土纳米材料是具有发展潜力，值得深入研究和发掘的新型高新技术材料。
1.2固体电解质简介
萤石结构的氧化物具有面心立方结构，阴离子以面心立方点阵方式排列，且阴离子部分区域呈四面间隙，在萤石结构中，O2形成的4个八面体均未被填满，为O2的扩散提供有利条件，因而，这类材料通常具备比较高的离子电导率[2]。在 SOFC应用方面，ZrO2、CeO2和Bi2O3这3种萤石结构氧化物已经成为备受关注和使用的电解质材料[3]。
在固体燃料电池（SOFC）中，CeO2基固体氧化物电解质的主要利用氧化铈在阳极与阴极之间传输离子，同时氧化铈还有储氧和运输氧气的作用。也就是将电池阴极上反应中产生的离子输送到阳电极用来平衡外电路的电子传输，形成一个完整电池的回路。一般来说被运输的离子产生于燃料或氧化剂组成的元素之一。电解质同时起到分隔燃料与氧化剂的作用。并且电解质材料离子的电导率也要高。从而，燃料电池对电解质材料的有以下几点要求:
稳定性：燃料电解质材料必须保证能工作在双重气氛（还原气氛和氧化气氛）下具有化学、形态和空间结构，粒度尺寸上保持良好的稳定性，而且在常温状态下与电池材料制备时的温度之间不能发生破坏性的相变（包括大的摩尔体积变化）。
电导率：在燃料电池的工作温度范围内，电解质材料在氧化和还原气氛中都必须具有足够高的离子电导率，是为了减小电池内阻的同时减小其中的电池欧姆极化。同时，电解质在工作温度范围内的电子电导必须足够低，甚至可以忽略不计，这样可以减小电解质内部的电子电流,从而达到降低电压损失。另外，电解质电导不能随时间有太大的变化。
目录
第一章 绪论
1.1引言
1.2固体电解质简介
1.3纳米材料简介
1.4掺杂型稀土氧化铈纳米材料简介
1.5钐掺杂氧化铈纳米材料的制备方法
1.5.1固相法
1.5.2液相法
1.5.3气相法
1.6课题研究的背景
1.7课题研究的现状
1.7.1水热法制备Sm掺杂CeO2的研究进展
1.7.2氧化铈纳米材料在固体燃料电池中应用
1.7.3燃料电池电解质研究现状
1.8本文研究的目的及意义
第二章 实验部分
2.1实验和药品
2.2实验仪器与设备
2.2.1实验设备
2.3步骤流程图
2.4实验方案与步骤
2.4.1前驱体溶液的制备
2.4.2方案一
2.4.3方案二
2.4.4方案三
第三章 产物实验表征分析
3.1 Sm掺杂氧化铈粉末XRD表征
3.1.1 Sm掺杂CeO2样品的XRD表征
3.2 钐掺杂氧化铈粉末的粒度表征
第四章 结论
参考文献
致谢
第一章 绪论
1.1引言
我国正处于一个经济高速发展的时代，能源的消耗十分巨大，仅靠传统的能源已经难以支撑我国的快速发展。能源不仅对于经济和社会的发展有着至关重要 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
的作用，而且对于我们的生活也息息相关。随着我国人口的增长和经济的发展,传统能源短缺问题已经成为严重制约社会经济进一步发展的因素.而在另一方面,因过量使用化石能源带来环境污染也日趋严重，如何解决能源问题已经成为当前首要任务。这些难题，促使我国只能提前新能源时代，有学者提出目前可行的办法就是发展固体氧化物燃料电池，它是一种能高效且清洁利用化石能源的重要技术之一。
燃料电池的基本原理就是利用电化学反应的方式将碳氢燃料的化学能高效地转化为电能的装置，它是一种可持续发展的绿色清洁能源。燃料电池的主体由四部分组成,即正极、负极、电解质和外部电路。燃料气体和氧化气体分别由燃料电池的正电极（即氧化电极）和负电极（即燃料电极）通入。燃料气体在阳极上失去电子,电子经外电路传导到阴极并与氧化气结合生成离子。离子在内建电场作用下,通过电解质迁移到阳极上,形成一个完整的回路；同时使之离子与燃料气体反应产生电流。且电池在发电的同时其内部电阻会产生热量，电化学反应过程中也会产生一定热量。电池的阴、阳两极除传导电子外,也对电池内部电化学反应起催化作用。电解质用来迁移离子隔离分燃料气体和氧化气防止两种气体混合导致电池内短路,电解质通常为致密结构[1]。
随着稀土材料的使用和发展，稀土材料作为新型材料资源成为二十一世纪最具竞争价值的资源之一。稀土元素由于内层具有特殊的4f电子，其理化性质上具有其它元素所不具备的光、电、磁、热等特性，目前就燃料电池（SOFC）方面，稀土可以用来作制作燃料电池的电解质的材料。我国拥有全世界一半以上的稀土矿藏，这将是我国发展稀土材料的一大优势。据统计，当前世界有70%左右的稀土都是应用于材料方面。稀土材料以添加稀土来改善材料的性能扩大其应用的范围。稀土材料应用广泛主要包括传统材料领域和高新技术领域两个方面。本文就稀土掺杂氧化铈纳米材料来说，它不仅拥有稀土材料的特性，而且还具有纳米材料的特点，它是集稀土材料和纳米材料优点于一身，同时拥有二者的理化特性。所以稀土纳米材料是具有发展潜力，值得深入研究和发掘的新型高新技术材料。
1.2固体电解质简介
萤石结构的氧化物具有面心立方结构，阴离子以面心立方点阵方式排列，且阴离子部分区域呈四面间隙，在萤石结构中，O2形成的4个八面体均未被填满，为O2的扩散提供有利条件，因而，这类材料通常具备比较高的离子电导率[2]。在 SOFC应用方面，ZrO2、CeO2和Bi2O3这3种萤石结构氧化物已经成为备受关注和使用的电解质材料[3]。
在固体燃料电池（SOFC）中，CeO2基固体氧化物电解质的主要利用氧化铈在阳极与阴极之间传输离子，同时氧化铈还有储氧和运输氧气的作用。也就是将电池阴极上反应中产生的离子输送到阳电极用来平衡外电路的电子传输，形成一个完整电池的回路。一般来说被运输的离子产生于燃料或氧化剂组成的元素之一。电解质同时起到分隔燃料与氧化剂的作用。并且电解质材料离子的电导率也要高。从而，燃料电池对电解质材料的有以下几点要求:
稳定性：燃料电解质材料必须保证能工作在双重气氛（还原气氛和氧化气氛）下具有化学、形态和空间结构，粒度尺寸上保持良好的稳定性，而且在常温状态下与电池材料制备时的温度之间不能发生破坏性的相变（包括大的摩尔体积变化）。
电导率：在燃料电池的工作温度范围内，电解质材料在氧化和还原气氛中都必须具有足够高的离子电导率，是为了减小电池内阻的同时减小其中的电池欧姆极化。同时，电解质在工作温度范围内的电子电导必须足够低，甚至可以忽略不计，这样可以减小电解质内部的电子电流,从而达到降低电压损失。另外，电解质电导不能随时间有太大的变化。
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