Hochtemperatur Herstellung von Nanostrukturierte Yttrium-stabilisiertes Zirkonoxid (YSZ) Scaffolds durch<em&gt; In Situ</em&gt; Carbon-Templating Xerogele

Zusammenfassung

Ein Protokoll für die Herstellung von porösen, nanostrukturierte Yttriumoxid-stabilisiertes Zirkoniumoxid (YSZ) Gerüsten bei Temperaturen zwischen 1000 ° C und 1400 ° C dargestellt.

Zusammenfassung

Wir zeigen , ein Verfahren für die Hochtemperatur - Herstellung von porösem, nanostrukturierte Yttriumoxid-stabilisiertes Zirkoniumoxid (YSZ, 8 Mol-% Yttriumoxid - 92 Mol% Zirkonoxid) mit Gerüsten abstimmbaren spezifischen Oberflächen bis zu 80 m ² · g ^-1. Eine wässrige Lösung aus einem Zirkoniumsalz, Yttrium-Salz und Glucose mit Propylenoxid (PO) gemischt, um ein Gel zu bilden. Das Gel wird unter Umgebungsbedingungen getrocknet, um ein Xerogel zu bilden. Das Xerogel wird zu Pellets gepresst und dann in einer Argonatmosphäre gesintert. Während des Sinterns eine YSZ Keramikphase bildet und die organischen Bestandteile zersetzen, hinter amorphem Kohlenstoff zu verlassen. Der Kohlenstoff in situ gebildet wird, dient als eine harte Vorlage, eine hohe Oberfläche YSZ Nanomorphologie Konservierung bei der Temperatur des Sinterns. Der Kohlenstoff wird dann durch Oxidation in Luft bei niedriger Temperatur entfernt, was in einem porösen, nanostrukturiertem YSZ Gerüsts. Die Konzentration der Kohlenstoff-Vorlage und die letzten Gerüsts Oberfläche kann seine systematischely abgestimmt durch die Glucose-Konzentration in der Gel-Synthese verändert wird. Die Kohlenstoffkonzentration wurde unter Verwendung von Template-thermogravimetrischer Analyse (TGA) quantifiziert wurde die Oberfläche und die Porengrößenverteilung durch physikalische Adsorptionsmessungen bestimmt, und die Morphologie wurde unter Verwendung von Rasterelektronenmikroskopie (SEM) charakterisiert. Phasenreinheit und Kristallitgrße wurde unter Verwendung von Röntgenbeugung (XRD) bestimmt. Dieses Herstellungs Ansatz stellt eine neue, flexible Plattform für die Realisierung beispiellos Gerüstflächen und Nanomorphologien auf Keramikbasis für die elektrochemische Energieumwandlungsanwendungen, zB Festoxid - Brennstoffzelle (SOFC) Elektroden.

Einleitung

Die Festoxid-Brennstoffzelle (SOFC) ist sehr vielversprechend als alternative Energieumwandlungstechnologie für die effiziente Erzeugung von sauberen elektrischer Energie. ¹ wurden erhebliche Fortschritte in der Forschung und Entwicklung dieser Technologie hergestellt; jedoch sind Verbesserungen in der Elektrodenleistung noch benötigt zuverlässige Vermarktung zu erreichen. Die Elektrode umfasst häufig ein poröses Keramikgerüst mit elektrokatalytischen Teilchen auf der Gerüstoberfläche eingerichtet. Eine große Menge an Forschung hat sich auf die Erhöhung der Oberfläche der elektrokatalytischen Partikel konzentriert die Leistung zu erhöhen,

Protokoll

1. Vorbereiten Xerogel Pellets

1. Gel-Synthese
   1. Hinzufügen eines 25 mm magnetischen Rührstab und 113 ml entionisiertes Wasser in einen 500 ml Becher. Magnetisch rührt das VE-Wasser mit der höchsten Rate, die nicht einen Wirbel bildet.
   2. Langsam 13.05 g (0.056 mol) wasserfreiem Zirkonchlorid zu dem entionisierten Wasser in kleinen Schritten hinzuzufügen. Nachdem alle der wasserfreien Zirkoniumchlorid aufgelöst hat, fügen 53,29 g (0,296 mol) Glucose, um die Lösung.
   3. Nachdem die gesamte Glucose in der Lösung gelöst wurde, fügen 3,73 g (0,01 mol) Yttriumnitrathexahydrat zu der Lösung. Erhöhen der Geschwindigkeit der magnetischen Rühren au....

Ergebnisse

Phasenreinheit wurde durch Röntgenbeugung (XRD) , wie früher berichtet von Cottam et al bestätigt. ¹⁴ YSZ Gerüst spezifische Oberfläche als eine Funktion der Kohlenstoff Matrizenkonzentration ist in Abbildung 1 dargestellt. Die Konzentration wird als Volumenprozent der Gesamtfeststoffe in dem gesinterten Pellet Xerogel gezeigt. Die Kohlenstoffkonzentration erhöht template systematisch mit Glucosekonzentration in der Gelformulierung zu erh.......

Diskussion

Mit diesem in situ Ansatz Kohlenstoff Templating, kann man schaffen und Nanomorphologie in Mischmetalloxiden bei herkömmlichen Keramikgerüsten Sintertemperaturen erhalten. Die sich ergebende Oberflächenbereiche sind bis zu 80-mal höher als die traditionell Sintergerüsten und bis zu 4-mal höher als Gerüste durch komplexe Ablagerungstechniken hergestellt. ¹⁴ Die propylenoxid-glucose Gelsystem ist äußerst flexibel , um die Konzentration der Kohlenstoff Schablone zum Abstimmen, so dass man s.......

Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien

Name	Unternehmen	Katalognummer	Kommentare
Zirkonium(IV)-chlorid, 99,5+%	Alfa Aesar	12104	Luftempfindliches
Yttium(III)-nitrathexadydrat, 99,9	Alfa Aesar	12898	Oxidationsmittel
D+ wasserfreie Glukose, ≥ 99.5%	US Biological Life Sciences	G3050
(±)-Propylenoxid, ≥ 99%	Sigma Aldrich	110205	Extrem entflammbares
Ethanol 200 Proof	Decon Laboratories, Inc.	2716GEA
Argon, 99.997%	Airgas	AR 300	Industriequalität

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