Alta Fabrication Temperatura de-estabilizada con itria-óxido de circonio andamios nanoestructurados (YSZ) por<em&gt; In Situ</em&gt; carbono Templating xerogeles

Resumen

Se presenta un protocolo para la fabricación de andamios porosos, nanoestructurado estabilizada con itria-zirconia (YSZ) a temperaturas entre 1000 ° C y 1400 ° C.

Resumen

Demostramos un método para la fabricación de alta temperatura de poroso, nanoestructurado estabilizada con itria-zirconia (YSZ, 8% en moles de itria - 92% en moles de óxido de circonio) andamios con sintonizables áreas superficiales específicas de hasta 80 m ² · g ^-1. Una solución acuosa de una sal de circonio, la sal de itrio, y la glucosa se mezcla con óxido de propileno (PO) para formar un gel. El gel se seca en condiciones ambientales para formar un xerogel. El xerogel se presiona en gránulos y después se sinteriza en una atmósfera de argón. Durante la sinterización, un YSZ formas fase cerámica y los componentes orgánicos se descomponen, dejando tras de carbono amorfo. El carbono formado in situ sirve como molde duro, la preservación de una nanomorphology área YSZ alta superficie a la temperatura de sinterización. El carbono se elimina posteriormente por oxidación en aire a baja temperatura, resultando en una poroso, andamio nanoestructurado YSZ. La concentración de la plantilla de carbono y el área final superficie andamio puede ser sistemáticaLy sintonizada variando la concentración de glucosa en la síntesis de gel. La concentración de molde de carbono se cuantificó mediante análisis termogravimétrico (TGA), la distribución de área superficial y tamaño de poro se determinó mediante mediciones de adsorción física, y la morfología se caracterizó usando microscopía electrónica de barrido (SEM). pureza de fase y tamaño de los cristalitos se determinó usando difracción de rayos X (XRD). Este enfoque de fabricación proporciona una novela, plataforma flexible para la realización de zonas de superficie de andamio sin precedentes y nanomorphologies para aplicaciones de conversión de energía electroquímica a base de cerámica, por ejemplo de células de combustible de óxido sólido (SOFC) electrodos.

Introducción

La célula de combustible de óxido sólido (SOFC) es una gran promesa como una tecnología alternativa de conversión de energía para la generación eficiente de energía eléctrica limpia. Se ha hecho un progreso considerable ¹ en la investigación y el desarrollo de esta tecnología; Sin embargo, las mejoras en el rendimiento del electrodo siguen siendo necesarios para lograr la comercialización fiable. El electrodo a menudo comprende un andamio de cerámica porosa con partículas electrocatalíticas decorados en la superficie del andamio. Un gran cuerpo de investigación se ha centrado en aumentar el área superficial de las partículas electrocatalíticas....

Protocolo

1. Preparación de pellets de xerogel

1. gel de síntesis
   1. Añadir una barra de agitación magnética 25 mm y 113 ml de agua desionizada a un vaso de precipitados de 500 ml. Magnéticamente agitar el agua desionizada a la tasa más alta que no forma un vórtice.
   2. Añadir lentamente 13,05 g (0,056 mol) de cloruro de circonio anhidro al agua desionizada en pequeños incrementos. Después de todo el cloruro de circonio anhidro se ha disuelto, añadir 53,29 g (0,296 mol) de glucosa a la solución.
   3. Después de toda la glucosa se ha disuelto en la solución, añadir 3,73 g (0,01 mol) de hexahidrato de nitrato de itrio a la solución. Aumentar la tasa de a....

Resultados

Pureza de fase se confirmó por difracción de rayos X (XRD) como se informó anteriormente por Cottam et al. ¹⁴ YSZ andamio área superficial específica como una función de la concentración de plantilla de carbono se muestra en la Figura 1. La concentración se muestra como el porcentaje en volumen de sólidos totales en el sedimento xerogel sinterizado. La concentración de molde de carbono aumenta sistemáticamente con el aumento de la concent.......

Discusión

Con este enfoque de plantillas de carbono in situ, se puede crear y preservar nanomorphology en-metálicos mixtos-óxidos a temperaturas tradicionales andamio de sinterización de cerámica. Las áreas superficiales resultantes son hasta 80 veces más alto que los andamios tradicionalmente sinterizados y hasta 4 veces más altos que los andamios fabricados por técnicas de deposición de complejos. ¹⁴ El sistema de gel de óxido de propileno-glucosa es muy flexible para el ajuste de la concentraci.......

Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo

Nombre	Empresa	Número de catálogo	Comentarios
Cloruro de circonio (IV), 99.5 + %	Alfa Aesar	12104
Hexadirato de nitrato de itio (III) sensible al aire, 99.9%	Alfa Aesar	12898	Oxidante
D + Glucosa anhidra, ≥ 99.5%	Ciencias de la Vida Biológica de EE. UU.	G3050
(±)-Óxido de propileno, ≥ 99%	Sigma Aldrich	110205	Etanol extremadamente inflamable
200 Proof	Decon Laboratories, Inc.	2716GEA
Argón, 99,997%	Airgas	AR 300	Grado industrial