微波固相法制備鈣鈦礦型納米鑭系復合氧化物及其過程動力學

頁數(shù) 80 字數(shù) 34654 碩士學位論文

摘 要
本文采用微波固相化學反應法，在含結晶水體系中制備了納米鑭系復合氧化物，研究了制備工藝條件及其優(yōu)化；討論了前驅(qū)體的熱分解過程動力學和產(chǎn)物晶體生長動力學。
利用水合乙酸鹽、氧化物與草酸通過微波固相化學反應法制備了納米鑭鍶鈷復合氧化物，分別考察了微波加熱功率、微波加熱時間、熱分解溫度、熱分解時間四個因素對產(chǎn)物平均粒徑的影響，通過單因素實驗分析了四個因素的取值，用均勻?qū)嶒炘O計優(yōu)化其工藝條件，得最佳工藝條件為：微波加熱功率600W、微波加熱時間15min、熱分解溫度700℃、熱分解時間6h；在此條件下制得的產(chǎn)物平均粒徑為15.6nm，主要物相為La0.7Sr0.3CoO3, 結構屬于鈣鈦礦相斜方六面體結構（Rhombohedral），空間群為R－3c。
利用水合乙酸鹽、氧化物與草酸通過微波固相化學反應法制備了納米鑭鍶鎳復合氧化物，分別考察了微波加熱功率、熱分解溫度、熱分解時間三個因素對產(chǎn)物平均粒徑的影響，通過單因素實驗分析了三個因素的取值，用正交實驗設計優(yōu)化其工藝條件，得最佳工藝條件為：微波加熱功率600W、熱分解溫度600℃、熱分解時間5h；在此條件下，制得的產(chǎn)物平均粒徑為17.9nm，主要物相為La0.9Sr0.1NiO3, 結構屬于鈣鈦礦相斜方六面體結構（Rhombohedral），空間群為R－3c。
運用熱重和差熱分析法對制備納米鑭鍶鎳復合氧化物前驅(qū)體熱分解過程動力學進行了研究。采用Ozawa法和Coats-Redfern法，分兩個階段計算了鑭鍶鎳復合氧化物前驅(qū)體的熱分解活化能、反應級數(shù)及機理函數(shù)，得到第一階段：表觀活化能Ea≈98.691 kJ•mol-1，反應級數(shù)n≈7/12；第二階段：表觀活化能Ea≈169.555 kJ•mol-1，反應級數(shù)n≈4/9；并由此推出熱分解反應為隨機成核和隨后生長機理。
研究了鑭鍶鎳復合氧化物前驅(qū)體的晶粒生長過程的動力學，得到不同煅燒溫度下晶粒生長的反應活化能和反應級數(shù)，并求得平均值，分別是：Q≈56.344 kJ•mol-1，n≈2.71。

關鍵詞：納米鑭系復合氧化物，微波固相合成，動力學

Abstract
In this paper, the reaction precursors of serial complex oxides nanometer powder were synthesized by solid-state synthesis method under microwave of the system with crystalline water, technical condition and the precursors kinetics were studied.
The La-Sr-Co complex oxides nanometers powder were synthesized by solid-state reaction under microwave in which La2O3, Sr(CH3COO)2•1/2H2O, Co(CH3COO)2•4H2O were used. The influences of microwave power and heat time, decomposing temperature, decomposing time on particle size were investigated by means of uniform experimental design. The optimum conditions for preparation of La0.7Sr0.3CoO3 were microwave power = 600W, microwave heat time = 15min, decomposing temperature = 700℃ and decomposing time = 5h. Under these conditions, La0.7Sr0.3CoO3 nanometer particles with average diameter of 15.6nm and crystal form of Rhombohedral and space group of R-3c were obtained.
Keyword: La serials complex oxides nanometer powder, Solid-state reaction under microwave, kinetics
目 錄
摘 要（中文） I
摘 要（英文） II
第一章 緒論 1
1.1納米材料的概述 1
1.2微波固相化學反應的機理 2
1.2.1固相化學反應的機理 2
1.2.2微波加熱原理及特性 3
1.2.3微波固相反應的擴散增強機理 4
1.2.4缺陷結構對物質(zhì)吸收微波能力的影響 5
1.2.5微波頻率、功率對反應的影響 6
1.2.6結晶水對反應的影響 6
1.2.7研磨對反應的促進機理 7
1.3鈣鈦礦型復合氧化物的結構與特性 7
1.4鈣鈦礦型復合氧化物的應用 9
1.4.1固體氧化物燃料電池陰極材料 9
1.4.2磁制冷材料 9
1.4.3多功能導電陶瓷材料 9
1.4.4氧分離膜 10
1.4.5氧化還原催化劑 10
1.5鈣鈦礦型納米材料的合成方法 10
1.5.1共沉淀法 11
1.5.2溶膠－凝膠法 11
1.5.3微乳液法 11
1.5.4有機配合物前驅(qū)體法 12
1.5.5固-固相化學反應法 12
1.6本課題的目的及意義 13
1.7本課題的來源及主要研究內(nèi)容 14
1.7.1研究課題的來源 14
1.7.2主要研究內(nèi)容 14
1.7.3本課題的創(chuàng)新點 14
第二章 鈣鈦礦型納米鑭系復合氧化物的合成及工藝條件的優(yōu)化 15
2.1 反應機理 15
2.2鑭鍶鈷復合氧化物的合成與工藝優(yōu)化 16
2.2.1 實驗儀器 16
2.2.2 實驗藥品 17
2.2.3 實驗方法及工藝流程 17
2.2.4 產(chǎn)物的表征及粒徑的測定 17
2.2.5 單因素試驗 19
2.2.6工藝條件的優(yōu)化 22
2.2.7最優(yōu)條件反應 28
2.3鑭鍶鎳復合氧化物的合成與工藝優(yōu)化 31
2.3.1實驗儀器 31
2.3.2實驗藥品 32
2.3.3實驗方法及工藝流程 32
2.3.4單因素實驗 32
2.3.5工藝條件的優(yōu)化 35
2.3.6實驗結果與計算分析 37
2.3.7最優(yōu)條件反應 40
2.4本章小結 41
第三章 納米鑭鍶鎳復合氧化物熱分解動力學 43
3.1實驗部分 43
3.1.1實驗儀器 43
3.1.2 前驅(qū)體紅外譜圖 43
3.1.3 差熱和熱重分析 44
3.2 動力學研究 45
3.2.1動力學原理 45
3.2.2動力學計算 47
3.3本章小結 53
第四章 納米鑭鍶鎳復合氧化物晶體生長動力學 55
4.1實驗方法及數(shù)據(jù) 55
4.2晶體生長動力學 55
4.2.1晶粒生長趨勢分析 55
4.2.2晶體生長動力學唯象理論 57
4.2.3晶粒生長動力學指數(shù)的確定 58
4.2.4晶粒生長的活化能 59
4.3本章小結 60
結 論 61
參考文獻 63
攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文 67
獨創(chuàng)性聲明 68
致 謝 69

參考文獻
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