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

背景技術：

眾所周知，sofc是一種將化學能直接轉化為電能的新型高效、潔凈的發(fā)電裝置，熱電聯(lián)產(chǎn)的能量轉化效率高達80％以上，被譽為21世紀的新型綠色化學能源。目前sofc的一個研究熱點是降低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材料有鎵酸鑭、氧化鈰、鉬酸鑭等。鉬酸鑭是laccore于2000年首先報道的，其在600～800℃的中溫范圍電導率高于傳統(tǒng)電解質ysz，另外鉬酸鑭基氧離子固體電解質材料的燒結溫度低，原材料的價格較低，因此鉬酸鑭作為中溫sofc的氧離子固體電解質材料的候選材料頗具競爭力。

目前鉬酸鑭基電解質材料的合成主要有固相反應法和溶膠凝膠法。溶膠凝膠法，該法通常是將含目標產(chǎn)物元素的鹽按化學計量比混合配制成水溶液，加入一定量的絡合劑，緩慢蒸發(fā)制得凝膠狀前驅體，經(jīng)熱處理除去有機殘余物，再在高溫下煅燒可得所需產(chǎn)物。該法需要高溫下較長時間熱處理和煅燒，容易引起粉體間進一步團聚。固相反應法通過機械將原料混合研磨，再經(jīng)高溫焙燒得到目標產(chǎn)物.該技術方案缺點是達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)物粒徑細度和均勻度較差，有待進一步提高。同時，固相法和溶膠凝膠法還存在生產(chǎn)周期長、成本高等缺點。

此外，研究者也對其他合成方法進行了研究，包括冷凍干燥法、聚合物前驅體法、水熱法、原位聚合法等，均取得了一定成果，但是存在著實驗過程復雜、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題。

技術實現(xiàn)要素：

針對目前存在的上述技術問題，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)點相結合，其反應時間短，工藝流程簡單，粒度分布均勻且成本較低。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術方案為：一種鉬酸鑭基電解質材料，化學式為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材料的方法，以硝酸鑭、a/b對應元素的鹽、鉬酸銨和絡合劑為反應原料，加熱蒸發(fā)形成溶膠，通過噴霧機噴霧形成納米級前驅體，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、燒結制得。

作為本發(fā)明的優(yōu)選技術方案，制備方法步驟如下：

1)、按照la2-xaxmo2-ybyo9-δ化學式的化學劑量比將硝酸鑭、a/b對應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合劑，加熱至60～90℃攪拌蒸發(fā)溶劑以形成質量濃度為15～40％的溶膠；

3)、使用噴霧機噴霧形成la2-xaxmo2-ybyo9-δ納米級前驅體；

4)、將前驅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燒結成瓷。

作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選技術方案，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。絡合劑為檸檬酸或甘氨酸或聚丙烯酰胺，絡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)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

1)、使用噴霧機噴霧形成la2-xaxmo2-ybyo9-δ納米級前驅體，利用納米級前驅體為“微反應區(qū)間”，可使成核、生長、聚結、團聚等過程局限在一個微小的球形區(qū)間內(nèi)進行，避免了顆粒之間進一步團聚，從而達到控制微粒大小、形狀的目的。

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

3)、燃燒過程靠自身放熱維持，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，材料合成過程中不需要昂貴的高溫爐。

4)、使用溶膠凝膠技術，可以使生成材料原子級均勻。

附圖說明

以下結合實施例和附圖對本發(fā)明的微波助燃法一步合成鉬酸鑭基電解質材料的方法作出進一步的詳述。

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

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

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

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

具體實施方式

實施例1

按照la1.7y0.3mo1.85al0.15o9-δ化學計量比稱取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℃加熱攪拌形成質量濃度為25％的溶膠；溶膠經(jīng)噴霧機噴霧形成納米級前驅體；前驅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燒結成瓷。la1.7y0.3mo1.85al0.15o9-δ在800℃的導電率為0.125s/cm。

圖1是實施例1所得產(chǎn)物的xrd圖譜及對應的衍射特征峰，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。

結合圖1的xrd圖譜，其與立方相l(xiāng)a2mo2o9的標準卡片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)，分別對應(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公式計算得出la1.7y0.3mo1.85al0.15o9-δ粉體的平均晶粒尺寸約為25nm。

實施例2

按照la1.9ba0.1mo1.8w0.2o9-δ化學計量比稱取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℃加熱攪拌形成質量濃度為35％的溶膠；溶膠經(jīng)噴霧機噴霧形成納米級前驅體；前驅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燒結成瓷。la1.9ba0.1mo1.8w0.2o9-δ在800℃的導電率為0.063s/cm。

圖3是實施例2所得產(chǎn)物的xrd圖譜及對應的衍射特征峰，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。

結合圖3的xrd圖譜，其與立方相l(xiāng)a2mo2o9的標準卡片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)，分別對應(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)容僅僅是對本發(fā)明的構思所作的舉例和說明，所屬本技術領域的技術人員對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，只要不偏離發(fā)明的構思或者超越本權利要求書所定義的范圍，均應屬于本發(fā)明的保護范圍。