本發(fā)明涉及鉬酸鑭基電解質(zhì)材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體是涉及一種微波助燃法一步合成鉬酸鑭基電解質(zhì)材料的方法。

背景技術(shù)：

眾所周知，sofc是一種將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的新型高效、潔凈的發(fā)電裝置，熱電聯(lián)產(chǎn)的能量轉(zhuǎn)化效率高達(dá)80％以上，被譽(yù)為21世紀(jì)的新型綠色化學(xué)能源。目前sofc的一個(gè)研究熱點(diǎn)是降低sofc的工作溫度，使之能夠在中溫甚至低溫下工作。已經(jīng)得到研究的中溫電解質(zhì)材料有鎵酸鑭、氧化鈰、鉬酸鑭等。鉬酸鑭是laccore于2000年首先報(bào)道的，其在600～800℃的中溫范圍電導(dǎo)率高于傳統(tǒng)電解質(zhì)ysz，另外鉬酸鑭基氧離子固體電解質(zhì)材料的燒結(jié)溫度低，原材料的價(jià)格較低，因此鉬酸鑭作為中溫sofc的氧離子固體電解質(zhì)材料的候選材料頗具競(jìng)爭(zhēng)力。

目前鉬酸鑭基電解質(zhì)材料的合成主要有固相反應(yīng)法和溶膠凝膠法。溶膠凝膠法，該法通常是將含目標(biāo)產(chǎn)物元素的鹽按化學(xué)計(jì)量比混合配制成水溶液，加入一定量的絡(luò)合劑，緩慢蒸發(fā)制得凝膠狀前驅(qū)體，經(jīng)熱處理除去有機(jī)殘余物，再在高溫下煅燒可得所需產(chǎn)物。該法需要高溫下較長(zhǎng)時(shí)間熱處理和煅燒，容易引起粉體間進(jìn)一步團(tuán)聚。固相反應(yīng)法通過(guò)機(jī)械將原料混合研磨，再經(jīng)高溫焙燒得到目標(biāo)產(chǎn)物.該技術(shù)方案缺點(diǎn)是達(dá)到原料的均勻混合較為困難，粉體成分的均勻性難以得到保證，產(chǎn)物粒徑細(xì)度和均勻度較差，有待進(jìn)一步提高。同時(shí)，固相法和溶膠凝膠法還存在生產(chǎn)周期長(zhǎng)、成本高等缺點(diǎn)。

此外，研究者也對(duì)其他合成方法進(jìn)行了研究，包括冷凍干燥法、聚合物前驅(qū)體法、水熱法、原位聚合法等，均取得了一定成果，但是存在著實(shí)驗(yàn)過(guò)程復(fù)雜、合成條件苛刻、單次所得產(chǎn)物較少、不適合大批量制備等問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)目前存在的上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種微波助燃法一步合成鉬酸鑭基電解質(zhì)材料的方法，將溶膠凝膠法、微波加熱自燃燒、噴霧成型三者的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合，其反應(yīng)時(shí)間短，工藝流程簡(jiǎn)單，粒度分布均勻且成本較低。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：一種鉬酸鑭基電解質(zhì)材料，化學(xué)式為la2-xaxmo2-ybyo9-δ，式中a為sm、dy、pr、gd、y、nd、ba、sr、ca；b為w、al、mn、bi、cr、fe；x值為0～0.7，y值為0～1。

一種微波助燃法一步合成鉬酸鑭基電解質(zhì)材料的方法，以硝酸鑭、a/b對(duì)應(yīng)元素的鹽、鉬酸銨和絡(luò)合劑為反應(yīng)原料，加熱蒸發(fā)形成溶膠，通過(guò)噴霧機(jī)噴霧形成納米級(jí)前驅(qū)體，再將其置于微波爐中微波加熱燃燒制得納米粉體，最后壓片、燒結(jié)制得。

作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，制備方法步驟如下：

1)、按照l(shuí)a2-xaxmo2-ybyo9-δ化學(xué)式的化學(xué)劑量比將硝酸鑭、a/b對(duì)應(yīng)元素的鹽和鉬酸銨溶于蒸餾水中，攪拌成混合溶液；

2)、向混合溶液中加入絡(luò)合劑，加熱至60～90℃攪拌蒸發(fā)溶劑以形成質(zhì)量濃度為15～40％的溶膠；

3)、使用噴霧機(jī)噴霧形成la2-xaxmo2-ybyo9-δ納米級(jí)前驅(qū)體；

4)、將前驅(qū)體置于微波爐中微波加熱燃燒制得la2-xaxmo2-ybyo9-δ納米粉體；

5)、將所得粉體干壓成型，將成型后的圓片在800～1100℃下保溫5～10h燒結(jié)成瓷。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選技術(shù)方案，制備方法中，步驟1)中配制的混合溶液中金屬離子總的摩爾濃度為0.1～4mol/l。絡(luò)合劑為檸檬酸或甘氨酸或聚丙烯酰胺，絡(luò)合劑的加入量是混合溶液中金屬離子摩爾總量的1～2.2倍。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1)、使用噴霧機(jī)噴霧形成la2-xaxmo2-ybyo9-δ納米級(jí)前驅(qū)體，利用納米級(jí)前驅(qū)體為“微反應(yīng)區(qū)間”，可使成核、生長(zhǎng)、聚結(jié)、團(tuán)聚等過(guò)程局限在一個(gè)微小的球形區(qū)間內(nèi)進(jìn)行，避免了顆粒之間進(jìn)一步團(tuán)聚，從而達(dá)到控制微粒大小、形狀的目的。

2)、將微波法與自燃燒法相結(jié)合，微波加熱助燃時(shí)波輻射能量使反應(yīng)體系內(nèi)部受熱均勻迅速，可快速全面激發(fā)燃燒反應(yīng)。前驅(qū)體均勻快速產(chǎn)生燃燒反應(yīng)，溫度高可以一步合成粉體，單位時(shí)間的產(chǎn)率高，避免普通方法后期的高溫煅燒過(guò)程。

3)、燃燒過(guò)程靠自身放熱維持，不再需要外界提供能量。且除激發(fā)燃燒需要普通微波爐提供極少熱量外，材料合成過(guò)程中不需要昂貴的高溫爐。

4)、使用溶膠凝膠技術(shù)，可以使生成材料原子級(jí)均勻。

附圖說(shuō)明

以下結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明的微波助燃法一步合成鉬酸鑭基電解質(zhì)材料的方法作出進(jìn)一步的詳述。

圖1是實(shí)施例1所得產(chǎn)物la1.7y0.3mo1.85al0.15o9-δ粉體的xrd圖譜。

圖2是實(shí)施例1所得產(chǎn)物la1.7y0.3mo1.85al0.15o9-δ粉體的fe-sem圖。

圖3是實(shí)施例2所得產(chǎn)物la1.9ba0.1mo1.8w0.2o9-δ粉體的xrd圖譜。

圖4是實(shí)施例2所得產(chǎn)物la1.9ba0.1mo1.8w0.2o9-δ粉體的fe-sem圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

按照l(shuí)a1.7y0.3mo1.85al0.15o9-δ化學(xué)計(jì)量比稱取5.59g的鉬酸銨[(nh4)6mo7o24·4h2o]、12.51g的硝酸鑭[la(no3)3·6h2o]、1.95g的硝酸釔[y(no3)3·6h2o]、0.96g的硝酸鋁[al(no3)3·9h2o]溶于蒸餾水中，攪拌成混合溶液后加入6.13g的甘氨酸[h2nnch2cooh]，80℃加熱攪拌形成質(zhì)量濃度為25％的溶膠；溶膠經(jīng)噴霧機(jī)噴霧形成納米級(jí)前驅(qū)體；前驅(qū)體在微波爐中微波加熱燃燒得到la1.7y0.3mo1.85al0.15o9-δ納米粉體。將所得粉體干壓成型，將成型后的圓片在再在1030℃下保溫10h燒結(jié)成瓷。la1.7y0.3mo1.85al0.15o9-δ在800℃的導(dǎo)電率為0.125s/cm。

圖1是實(shí)施例1所得產(chǎn)物的xrd圖譜及對(duì)應(yīng)的衍射特征峰，可以看出生成了純相l(xiāng)a1.7y0.3mo1.85al0.15o9-δ。圖2是實(shí)施例1所得產(chǎn)物的fe-sem圖，可以看出所得陶瓷孔洞很少、致密度較高。

結(jié)合圖1的xrd圖譜，其與立方相l(xiāng)a2mo2o9的標(biāo)準(zhǔn)卡片jcpdsno.23-1145相比較可知，在21.51°、24.92°、27.90°、30.58°、37.69°、41.59°、47.51°、50.98°、52.72°、54.31°、55.98°、59.09°處有衍射峰出現(xiàn)，分別對(duì)應(yīng)(111)、(200)、(210)、(211)、(300)、(311)、(321)、(400)、(410)、(330)、(331)、(421)晶面，表明產(chǎn)物為立方相l(xiāng)a1.7y0.3mo1.85al0.15o9-δ，產(chǎn)物純度高。根據(jù)scherrer公式計(jì)算得出la1.7y0.3mo1.85al0.15o9-δ粉體的平均晶粒尺寸約為25nm。

實(shí)施例2

按照l(shuí)a1.9ba0.1mo1.8w0.2o9-δ化學(xué)計(jì)量比稱取1.51g的鉬酸銨[(nh4)6mo7o24·4h2o]、3.92g的硝酸鑭[la(no3)3·6h2o]、1.95g的硝酸鋇[ba(no3)2、0.24g的鎢酸[h2wo4]溶于蒸餾水中，攪拌成混合溶液后加入8.00g的檸檬酸[c6h8o7·h2o]，80℃加熱攪拌形成質(zhì)量濃度為35％的溶膠；溶膠經(jīng)噴霧機(jī)噴霧形成納米級(jí)前驅(qū)體；前驅(qū)體在微波爐中微波加熱燃燒得到la1.9ba0.1mo1.8w0.2o9-δ納米粉體。將所得粉體干壓成型，將成型后的圓片在再在900℃下保溫5h燒結(jié)成瓷。la1.9ba0.1mo1.8w0.2o9-δ在800℃的導(dǎo)電率為0.063s/cm。

圖3是實(shí)施例2所得產(chǎn)物的xrd圖譜及對(duì)應(yīng)的衍射特征峰，可以看出生成了純相l(xiāng)a1.9ba0.1mo1.8w0.2o9-δ。圖4是實(shí)施例2所得產(chǎn)物的fe-sem圖，可以看出所得陶瓷孔洞很少、致密度較高。

結(jié)合圖3的xrd圖譜，其與立方相l(xiāng)a2mo2o9的標(biāo)準(zhǔn)卡片jcpdsno.23-1145相比較可知，在21.68°、25.07°、28.09°、30.79°、37.94°、42.10°、47.74°、51.30°、52.97°、54.69°、56.24°、59.38°處有衍射峰出現(xiàn)，分別對(duì)應(yīng)(111)、(200)、(210)、(211)、(300)、(311)、(321)、(400)、(410)、(330)、(331)、(421)晶面，表明產(chǎn)物為立方相l(xiāng)a1.9ba0.1mo1.8w0.2o9-δ，產(chǎn)物純度高。根據(jù)scherrer公式計(jì)算得出la1.9ba0.1mo1.8w0.2o9-δ粉體的平均晶粒尺寸約為58nm。

以上內(nèi)容僅僅是對(duì)本發(fā)明的構(gòu)思所作的舉例和說(shuō)明，所屬本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員對(duì)所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，只要不偏離發(fā)明的構(gòu)思或者超越本權(quán)利要求書(shū)所定義的范圍，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。