🔍 Поиск работ

Синтез, кристаллическая структура и свойства сложных оксидов со структурой перовскита на основе неодима, шелочноземельных и 3^-переходных металлов

Работа №101882

Тип работы

Авторефераты (РГБ)

Предмет

химия

Объем работы24
Год сдачи2020
Стоимость250 руб.
ПУБЛИКУЕТСЯ ВПЕРВЫЕ
Просмотрено
58
Не подходит работа?

Узнай цену на написание


Общая характеристика работы 2
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ 6
Заключение 19
Список литературы 21

Актуальность и степень развития темы
Возрастающее мировое потребление электроэнергии, экологические проблемы и истощение природных ресурсов стимулируют поиск современного и альтернативного способа использования возобновляемых источников энергии. Твердооксидные топливные элементы (ТОТЭ) являются одним из надежных альтернативных источников возобновляемой энергии [1]. Снижение рабочей температуры ТОТЭ до промежуточного температурного диапазона (600-800°C) является одной из основных задач при создании падежных долговременных рабочих устройств с улучшенными характеристиками. Различные оксиды! перовскитного типа были изучены с целью улучшения характеристик катода при промежуточной температуре [1]. Среди этих перовскитов материалы на основе кобальта привлекают большое внимание из-за их высокой проводимости и хороших электрохимических свойств, однако значение коэффициента термического расширения (КТР) для них является слишком высоким по сравнению с возможными электролитами, такими как Lao.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2O2.85 (LSGM) или Ce0.9Gd0.1O2-5 (CGO). Таким образом, термомеханическая несовместимость и, как следствие, кратковременная стабильность элементов с катодными материалами на основе кобальта является основным недостатком.
Эффективность стандартного катодного материала ТОТЭ на основе LaMnO3 может быть заметно повышена при замене лантана неодимом. Умеренное значение КТР было обнаружено для материалов, легированных Co, а также для Ni-замещенных оксидов, предложенных в качестве потенциальных катодных материалов для среднетемпературных твердооксидных топливных элементов (СТ-ТОТЭ) [2]. Несмотря на то, что имеется значительное количество публикаций о манганитах лантана, информация о замещенном в A-подрешетке манганите неодима и его производных, допированых железом, кобальтом и никелем весьма ограничена.
Вышеприведенная информация подтверждает актуальность настоящей работы, выполненной на кафедре физической и неорганической химии Института естественных наук и математики Уральского федерального университета имени первого Президента России Б.Н. Ельцин. Работа поддержана программой Правительства Российской Федерации № 211, соглашение 02.А03.21.0006.
Цели и задачи работы
Целью данной работы было систематическое изучение кристаллической структуры, кислородной нестехиометрии и транспортных свойств сложных оксидов N<11. лАхМпо.5Во.5О3-§ (А = Ва, 8г, Са; В = Мп, Бе, Со, N1; х = 0, 0.25), для установления взаимосвязи между химическим составом, структурой и функциональными свойствами, а также проверки возможности их использования в качестве катодных материалов в ТОТЭ.
Для достижения вышеупомянутой цели были поставлены следующие задачи:
1. Синтез сложных оксидов Н1|.Л.АЛ.Мп0,5В0.5О3.„ (А = Ва, 8г, Са; В = Мп, Бе, Со, N1; х = 0, 0.25) и уточнение их кристаллической структуры.
2. Определение кислородной нестехиометрии Ш|-хЛхМп0.5В0.5О3-„ (А = Ва, 8г, Са; В = Мп, Бе, Со, N1; х = 0, 0.25) в зависимости от температуры на воздухе, с последующим анализом влияния допирования.
3. Определение термического расширения исследуемых оксидов с помощью высокотемпературного рентгеноструктурного анализа (ВТ-РСА) и дилатометрических измерений.
4. Определение общей электропроводности и коэффициента Зеебека для исследованных оксидов в зависимости от температуры.
5. Исследование химической совместимости исследуемых оксидов со средним значением КТР и высокой общей электропроводностью (М0.5Ва0.5Мп0.5Бе0.5О3-5) с электролитом Се0.88т0.2О2Ж
6. Исследование катодов Мо.5Вао.5Мпо.5Бео.5О3-5 методом импедансной спектроскопии для оценки возможного применения в ТОТЭ.
Научная новизна
1. Выполнено систематическое исследование структуры однофазных сложных оксидов №1-жАжМпо.5Во.5О3-5 (А = Ва, 8г, Са; В = Бе, Со, N1; х = 0 и 0.25) при комнатной температуре и впервые определены структурные параметры для М1-хВахМп0.5Бе0.5О3-5 (х = 0.25 и 0.5) и М№о.5Мпо.5О3-5 при высокой температуре.
2. Впервые получены температурные зависимости кислородной нестехиометрии для сложных оксидов Ш|-хЛхМп0.5В0.5О3-„ (А = Ва, 8г, Са; В = Мп, Бе, Со, N1; х = 0, 0.25) на воздухе.
3. Впервые измерено термическое расширение Н40.-5Ва0.25Мп0.5В0.5О3-„ (Бе, Со) методом дилатометрии, а для М1-хВахМпо.5Бео.5О3-5 (х = 0.25 и 0.5) и М№0.5Мп0.5О3-5 с использованием ВТ-РСА.
4. Впервые измерены общая проводимость и коэффициент Зеебека для N41- хЛхМпо.5Во.5О3-5 (А = Ва, 8г, Са; В = Мп, Бе, Со, N1; х = 0, 0.25) в зависимости от температуры.
5. Проверена химическая совместимость между Мо.5Вао.5Мпо.5Бео.5О3-5 и электролитом
Се0.88ш0.2О2-5, и впервые проведено тестирование симметричной ячейки
Мо.5Вао.5Мпо.5Бео.5О3-5/Сео.88шо.2О2-5 методом импедансной спектроскопии.
Теоретическая и практическая значимость
Экспериментальные результаты, полученные в работе, могут рассматриваться как базовые знания, которые можно использовать в теоретических расчетах и техническом проектировании для достижения наилучших характеристик при использовании материалов в качестве катодных материалов в ТОТЭ. Экспериментальные результаты по кристаллической структуре, температурной зависимости кислородной нестехиометрии, значениям КТР, общей проводимости и коэффициенту Зеебека исследованных материалов послужат основой для установления теоретических связей между составом, структурой и свойствами. Рассчитанные значения энергии активации проводимости в М1-хЛхМп0.5Бе0.5О3-5 дают дополнительную информацию для понимания механизма переноса заряда...

Возникли сложности?

Нужна помощь преподавателя?

Помощь в написании работ!
ДИПЛОМНЫЕ МАГИСТЕРСКИЕ ДИССЕРТАЦИИ
КУРСОВЫЕ СТАТЬИ ВКР

По результатам экспериментальной и теоретической работы можно сделать следующие выводы:
1. На основании результатов РФА и РСА определены кристаллическая структура и параметры элементарной ячейки в зависимости от концентрации допанта и температуры: ЫйхА1.хМпО3.5 (А = Ва, Бг, Са; х =0, 0.25) являются ромбическими с пр. гр. Рпта; Ый1. хАхМп0.5Бе0.5О3_5 (А = Ва, Бг, Са; х =0, 0.25) обладают орторомбической кристаллической структурой, а Бг- и Са-донированные. ЫйЫ10.5Мп0.5О3.5, так же как и ЫйЫщ х(Со,Си)хМп0.5О3-5 имели моноклинную (Р21/п) структуру; N0, хЛхМп0.3Со0.3О3 5 (А = Ва, Бг, Са; х = 0, 0.25) имели ромбическую кристаллическую структуру (пр. гр. Рпта), а Са- допированный образец обладал моноклинной структурой. Объем элементарной ячейки всех образцов увеличивался с увеличением радиуса щелочноземельных металлов.
2. Результаты высокотемпературного РФА для орторомбической фазы Мо.75Вао.25Мпо.5рео.5О3-5, кубической фазы Мо.5Вао.5Мпо.5рео.5О3-5 и моноклинной фазы М№о.5Мпо.5О3-5 показали отсутствие фазовых переходов вплоть до 1000°С.
3. Термогравиметрический анализ для Ш1-хЛхМп0.3В0.3О3-5 (А = Ва, Бг, Са; В = Мп, Бе,
Со, N1; х = 0, 0.25) показал, что данные сложные оксиды являются кислород-
дефицитными, при этом значение кислородной нестехиометрии (5) увеличивалось с повышением температуры и при допировании щелочноземельными металлами (Ва, Бг, Са).
4. Значения КТР для Ш1-хВахМпо.5Во.5О3-5 (В = Бе, Со; х = 0.25, 0.5), и Ш№0.5Мп0.5О3-5, полученные методами дилатометрии и высокотемпературного РСА хорошо совпадают между собой и сопоставимы со значениями для известных электролитов в среднетемпературном диапазоне.
5. Изученные сложные оксиды Ш1-хЛхМп0.3В0.3О3-5 (А = Ва, Бг, Са; В = Мп, Бе, Со, N1; х = 0, 0.25) демонстрируют полупроводниковое поведение во всем исследованном интервале температур. Электропроводность может быть описана прыжковым механизмом проводимости в рамках модели поляронов малого радиуса. Было показано, что оксиды, локированные Co, имели наибольшую электропроводность, тогда как составы, локированные Fe, обладали самой низкой проводимостью. Значения и знак коэффициентов Зеебека зависели от соотношения концентраций электронов и электронных дырок, которые определяются содержанием допанта и кислородной нестехиометрией.
6. Было показано, что оксид Nd0.5Ba0.5Mn0.5Fe0.5O3-5 и электролит Ce0.8Sm0.2O2-5 химически инертны друг к другу после отжига при 1100 °C в течение 70 часов.
7. Методом импедансной спектроскопии показано, что значения удельного
поляризационного сопротивления симметричной ячейки Nd0.5Ba0.5Mn0.5Fe0.5O3-5 / Ce0.8Sm0.2O2-5 (2.2 О см2) сопоставимы с таковыми для современных катодных
материалов.
Дальнейшая работа по этой теме будет направлена на изучение сложных оксидов Nd!. xAxMn0.5B0.5O3-5 (A = Ba, Sr, Ca; В = Mn, Fe, Co, Ni; x = 0, 0.25) в качестве катодных материалов для ТОТЭ на основе электролита Ce0.8Sm0.2O2.5. Используя методы! сканирующей электронной микроскопии и импедансной спектроскопии, будет исследована микроструктура этих катодов и определено ее влияние на эффективность работы топливного элемента.


1. Gao Z. A perspective on low-temperature solid oxide fuel cells / Z. Gao, L.V. Mogni, E.C. Miller, J.G. Railsback and S.A. Barnett // Energy & Environmental Science. - 2016. - V. 9. - P. 1602-1644.
2. Li H. Electrochemical performance of double perovskite Pr2NiMnO6 as a potential IT- SOFC cathode / H. Li, L. Sun, Q. Li, T. Xia, H. Zhao, L. Huo, J. Bassat, A. Rougier, S. Fourcade, J.C. Grenier // International journal of hydrogen energy. - 2015. - V. 40. - P. 12761-12769.
3. Bordeneuve H. Cation distribution in manganese cobaltite spinels Co3-xMnxO4 (0 < x < 1) determined by thermal analysis / H. Bordeneuve, A. Rousset, C. Tenailleau, S. Guillemet- Fritsch // J Therm Anal Calorim. - 2010. - V. 101. - P. 137-142.
4. Gil D.M. Ordering effects in the crystal structure and electrochemical properties of the Gd0.5Ba0.5Mn0.5Fe0.5O3-5 perovskite / D.M. Gil, D.A. Brande, E.U. Garrote and S.G. Martín // Dalton Transactions. - 2015. - V. 44. - P. 10867-10874.
5. Flores J.C.P. A- and B-site ordering in the A-cation-deficient perovskite series La2-xNiTiO6_« (0 < x < 0.20) and evaluation as potential cathodes for solid oxide fuel cells / J.C.P. Flores, D.P. Coll, S.G. Martín, C. Ritter, G.C. Mather, J.C. Vázquez, M.G. Sánchez, F.G. Alvarado, U. Amador // Chemistry of Materials. - 2013. - V. 25. - P. 2484­2494.
Основное содержание диссертации представлено в работах:
Статьи, опубликованные в рецензируемых научных журналах,
рекомендуемых ВАК РФ и Аттестационным советом УрФУ
1. Gilev A.R. A-site substitution effect on crystal structure and properties of Nd1-xAxMn0.5Fe0.5O3-5 (A = Ca, Sr, Ba; x=0, 0.25) / A.R. Gilev, A. Hossain, E.A. Kiselev, V.A. Cherepanov // Solid State Ionics. - 2018. - V. 323. - P. 64-71. (0,97 п.л./0,24 п.л.) Scopus, WoS.
2. Hossain A. Synthesis, crystal structure and properties of Nd1.xAxMnO3.5 (A = Ba, Sr and Ca) / A. Hossain, A. R. Gilev, E. A. Kiselev, and V. A. Cherepanov // AIP Conference Proceedings. - 2019. - V. 2063. - P. 040018. (0,34 п.л./0,085 п.л.) Scopus.
3. Gilev A.R. High-temperature studies on crystal structure, properties and electrochemical performance of Nd0.5Ba0.5Mn0.5Fe0.5O3.5 / A.R. Gilev, A. Hossain, E.A. Kiselev, D.V. Korona, V.A. Cherepanov // Materials Letters. - 2019. - V. 238. - P. 298-300. (0,29 п.л./0,07 п.л.) Scopus, WoS.
Другие публикации:
4. Hossain A. Crystal structure, oxygen non-stoichiometry and conductivity of Nd1- xAxMn0.5Fe0.5O3.5 (A= Ca, Sr, Ba) / A. Hossain, A. R. Gilev, E. A. Kiselev, and V. A. Cherepanov // XXVII Конференция "Проблемы теоретической и экспериментальной химии". - Тезисы докладов. - Екатеринбург, 2017 г. - С. 246. (0,07 п.л./0,18 п.л.)
5. Hossain A. Synthesis, Crystal Structure, and Properties of NdNi0.5Mn0.5O3_i - A Possible Cathode Material for IT-SOFCs / A. Hossain, A. R. Gilev, E. A. Kiselev, and V. A. Cherepanov // Sino-Russian ASRTU Conference Alternative Energy: Materials, Technologies, and Devices, KnE Materials Science. - 2018. - V. 2018. - P. 123-131. (0,36 п.л./0,09 п.л.)
6. Hossain A. Effect of hole doping of NdMn0.5Fe0.5O3.5; impacts on crystal structure and magneto-transport properties / A. Hossain, A. R. Gilev, E. A. Kiselev, Md. M. Seikh and V. A. Cherepanov // Design Synthesis, Characterization, Reactivity, Theoretical Study and Application of Different Advanced Functional Materials. - Book of abstracts. - Burdwan, India, 2017. - P. 62. (0,06 n.Ji./0,012 n.i.)
7. Hossain A. Synthesis, crystal structure and properties of Nd1.xAxMnO3.5 (A = Ba, Sr and Ca) / A. Hossain, A.R. Gilev, E.A. Kiselev, V.A. Cherepanov // II International conference on Modern Synthetic Methodologies for Creating Drugs and Functional Materials. - Book of abstracts. - Ekaterinburg, Russia, 2018. - P. 109. (0,04 n.i./ 0,01 n.i.)
8. Hossain A. Synthesis, Crystal Structure, and Properties of NdNi0.5Mn0.5O3 - A Possible Cathode Material for IT-SOFCs / A. Hossain, A. R. Gilev, E. A. Kiselev, and V. A. Cherepanov // ASRTU Conference on Alternative Energy : Sino-Russian ASRTU Conference Alternative Energy: Materials, Technologies, and Devices. - Book of abstracts.
- Ekaterinburg, Russia, 2018. - P. 63. (0,02 n.i./0,005 n.i.)
Готовая работа по теме: Синтез, кристаллическая структура и свойства сложных оксидов со структурой перовскита на основе неодима, шелочноземельных и 3^-переходных металлов
Синтез, кристаллическая структура и свойства сложных оксидов со структурой перовскита на основе неодима, шелочноземельных и 3^-переходных металлов
Готовая работа по теме: Синтез, кристаллическая структура и свойства сложных оксидов со структурой перовскита на основе неодима, шелочноземельных и 3^-переходных металлов

Работу высылаем на протяжении 30 минут после оплаты.




©2026 Cервис помощи студентам в выполнении работ
.