鑭鍶鈷鐵是一種鈣鈦礦複合氧化物，具有獨特的晶體結構，尤其經摻雜後形成的晶體缺陷結構和性能，被套用或可被套用在固體燃料電池、固體電解質、感測器、高溫加熱材料、固體電阻器及替代貴金屬的氧化還原催化劑等諸多領域，成為化學、物理和材料等領域的研究熱點。
鈣鈦礦氧化物燃料電池sofc有以下優點:(1)全固態結構,不存在液態電解質所帶來的腐蝕和電解液流失等問題;(2)無須使用貴金屬電極,電池成本大大降低;(3)燃料適用範圍廣;(4)燃料可以在電池內部重整。通過電極材料中的摻雜來提高活性,最佳化鹼錳電池的充放電性能(參見表1)。用含錳的鈣鈦礦氧化物作為鹼性溶液中的陰極材料,獲得了好的結果。因為元素錳的d電子結構在錳的三價和四價兩種氧化物之間快速傳遞,表現出很高的電子導電性及良好的電極可充性[5]。通過摻雜pb、co、ba、ca、sr等元素的複合鈣鈦礦結構,獲得摻雜後的改性電極材料,pb的摻入會對mn—o的成鍵狀態和mno2晶格內的結晶水產生影響,使mn2p3.2能級產生化學位移,結合能增大,
n—o離子性增加,共價性減小。經過對改性電極的充放電機理實驗,納米摻雜後電池的放電容量提高40%以上[6]。la1-xsrxfe1-ycoyo3作為一種混合導體材料,具有優良的電子導電性能和離子導電性能,與la0.9sr0.1ca0.8mg0.2o3、ce0.9gd0.1o1.95等新一代中溫固體氧化物電解質有很好的相容性。因此,la1-xsrxfe1-ycoyo3體系材料是一種很有發展前景的中溫sofc陰極材料[7]。mather等[8]用硝酸鹽與尿素熔融燃燒法製備了金屬陽極陶瓷材料ni srce0.9yb0.1o3-δ,實驗結果表明co的加入可降低燒結溫度,可獲得高的陽極孔隙率有利於陽極和電解質的吸附,經分析陽極上的亞微孔結構微粒由鎳和鈣鈦礦粒子組成。
而,現有鈣鈦礦型複合氧化物的離子電導率低,高溫下呈現電子或氧離子導電性。在燃料電池套用研究中,高溫下器件可穩定運行,但器件的效率或功率較低。以鈣鈦礦型複合氧化物為電解質時,須在大於700℃的高溫下使用。因此,離子導電性高、溫度使用範圍寬的固體電解質及電極材料研究是今後的主要目標。現有的基質材料mnceo3因穩定性和機械強度的問題,實現實用化仍存在一定難度;基質材料mnzro3雖具有較高的穩定性和機械強度,但材料離子電導率低,其燃料電池的功率很難滿足要求。
鈣鈦礦結構中a或b位被其它金屬離子取代或部分取代後可合成獨特結構和性能的複合氧化物,從而形成陰離子缺陷或不同價態的b位離子,這種特殊結構的功能材料已發現具有上述氣敏、巨磁電阻、電導性和催化活性等特性,涉及到電子、機械、化工、航天、通訊和家電等眾多領域。比如,利用其獨特的酒敏特性和較強的氧敏特性,可用作酒敏感測器和氧感測器等的電極材料,製成的氣敏元件靈敏度高、抗干擾性強、回響速度快,具有相當好的電阻值穩定性以及與之相關的測量準確性;作為氧感測器的電極材料,可用於監控汽車尾氣的排放和檢測冶煉中的氧含量。最佳化兩類鈣鈦礦材料的結合係數和應變條件,可製成艦艇用性能優良的聲納感測器;在催化領域,實驗室規模的煙道氣so2還原催化劑已有報導[36],作為光降解催化劑和汽車尾氣催化劑正在大力研究開發。
納米材料、信息技術和生物技術是21世紀社會經濟發展的三個支柱,鈣鈦礦型複合氧化物作為納米研究領域中一類重要功能材料具有廣闊的套用前景,進一步研究其合成、結構和特殊用途對化工、機械等工業乃至國防具有實際意義。
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