[发明专利]一种在高温高压下制备钇掺杂锆酸钡质子导体材料的方法

说明书

本发明公开了一种在高温高压下制备钇掺杂锆酸钡质子导体材料的方法，所述方法步骤为：一、使用BaCO₃、ZrO₂和Y₂O₃粉末按BaZr_0.9Y_0.1O_3‑ξ化学计量比称取原料；二、将原料粉末球磨混合、烘干、研磨并过筛，得到混合物粉末；三、用压片机将粉末压成圆块并煅烧；四、将圆块研磨并过筛，得粉末；五、将粉末依次三、四重复两次，煅烧后得粉体；六、将粉体装入模具中，压制得素坯；七、将素坯装入样品架中；八、将样品架放置于大腔体压机中进行烧结，即得钇掺杂锆酸钡质子导体材料。本发明烧结过程中加热的同时对样品施加了各面均等的压力，得到化学稳定性好、致密度和机械强度高的样品，烧结得到的样品适合作为固体电解质运用在高压水热体系中。本发明采用的制备方法具有工艺简单，操作方便，反应时间短等优势，取得了很好的效果。

技术领域

本发明涉及一种钇掺杂锆酸钡质子导体材料，尤其涉及一种在高温高压下制备钇掺杂锆酸钡质子导体材料的方法，属于陶瓷材料技术领域。

背景技术

自从Iwahara发现Yb掺杂的SrCeO₃烧结陶瓷具有质子导电性以来，人们开始对这类高温质子导体材料的研究产生浓厚的兴趣。高温质子导体材料在固体氧化物燃料电池、氢传感器、氢泵、电解水制氢、有机电化学加氢或脱氢、氢的分离提纯以及常压合成氨等方面有着十分广泛的应用，是电化学领域研究的热点。

通过大量研究发现，BaCeO₃、BaZrO₃、CaZrO₃及SrZrO₃等复合氧化物经掺杂和烧结后也表现出一定的质子导电性，其中BaCeO₃基材料的质子导电能力较强，但由于化学稳定性和机械强度不足极大地限制了其实际应用。BaZrO₃基材料的质子电导率虽然不如BaCeO₃基材料的质子电导率高，但在使用温度范围内，BaZrO₃基材料基本上是纯的质子导体，且具有良好的化学稳定性和机械性能。综合多方面性能，BaZrO₃基材料被认为是最具应用潜力的质子导电材料。

对于诸如海底热液喷口流体这样的水热体系，氢逸度被认为是最主要变量之一，因为它控制传质反应的方向、大小以及二次蚀变矿物的形成。而海底热液喷口流体的极端化学和物理条件，使任何原位测量氢逸度的方法都面临严重的技术限制，其中最难克服的障碍是缺乏具有足够机械强度和化学稳定的材料，这些材料可以用来制作适用于高温酸性喷口流体中的化学传感器。

目前，质子导体材料一般在常压下烧结制备，常压下烧结性能差，需要在很高的温度(≥1500℃)下烧结，而当烧结温度高于1400℃时就会出现明显的钡蒸发现象，此外，常压烧结得到的样品致密度和机械强度不高也限制了其在高压水热等严苛环境中的应用。

目前，质子导体材料一般通过在常压下高温烧结制备，而常压烧结材料的性能无法满足具有极端化学和物理条件的水热体系的需求。因此，探索一种制备能够运用于高压水热体系的质子导体材料的新方法刻不容缓。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种在高温高压下制备钇掺杂锆酸钡质子导体材料的方法，利用该方法解决了现有技术常压烧结制备钇掺杂锆酸钡质子导体材料存在烧结温度高，制备的材料致密度、机械强度和化学稳定性差，难于运用在高压水热体系等问题。

本发明的技术方案为：一种在高温高压下制备钇掺杂锆酸钡质子导体材料的方法，所述方法步骤为：

一、使用优级纯的BaCO₃、ZrO₂和Y₂O₃粉末作为起始原料，按BaZr_0.9Y_0.1O_3-ξ的化学计量比准确称取原料粉末；