纳米钙钛矿氧化物导电行为调控及其电化学特性

LaFeO3材料作为新型镍氢电池负极材料，在80℃条件下具有626 mAh/g的实际电化学容量，且具有一定的循环寿命，有望成为具有高能量密度的新型氧化物电极材料。本项目拟通过第一性原理、分子动力学理论计算方法结合前期的实验结果探索、总结该类型电极材料的电化学贮氢反应机制，为该类型电极材料的成分优化、掺杂改性的理论与实验研究提供理论依据和支撑。为了改进钙钛矿氧化物电极材料的质子导电行为，本项目采用非水溶胶-凝胶、高分子辅助水热法制备钙钛矿氧化物的纳米材料，改善氢质子在材料中的扩散、传导特性，进而提高纳米材料的电化学活性，降低温度敏感性，达到改善其电化学特性的目的。通过钙钛矿氧化物纳米材料的电化学测试分析，结合氢质子在钙钛矿氧化物纳米材料中的扩散、传导等理论计算结果，揭示该类型材料纳米结构对其电化学容量、温度特性和循环特性的影响，为钙钛矿氧化物镍氢电池负极材料的纳米技术改性提供理论基础。

第一性原理理论计算方面，结合前期的钙钛矿氧化物电化学测试结果，电极材料由于掺杂量的变化从而改变材料的晶体结构，导致材料贮氢间隙位置发生变化。从而影响电极材料的电化学容量与反应动力学。对LaFeO3 的B位(Fe位)元素Cr替代结算结果表明，在电化学反应过程中，氢更容易脱溶，形成氧化还原反应，这与前者在电化学反应中更好的反应动力学一致。发表论文一篇，Industrial & Engineering chemistry research, 2012, 51: 11821-11827..在试验工作方面，采用硬脂酸燃烧法制备了纳米晶LaFeO3-δ，TEM图像表明粉末颗粒约为50～100nm。纳米化对LaFeO3充放电平台特性没有影响，纳米化有利于提升LaFeO3-δ电极的电化学性能。非晶LaFeO3-δ在298K、313、333 K及125 mAhg-1充放电，初始放电容量分别为143.3 、417.5和531.5 mAhg-1，循环容量分别保持在100，120和360 mAhg-1以上。随着温度的升高，非晶LaFeO3-δ的交换电流密度I0 从298 K时的 28.2增加到333 K时的80.3 mA/g；扩散系数的数值从298 K时1.05×1014 增加到333 K时的 2.94× 1014 cm2/s。发表论文一篇，J. Appl. Phys. 2013, 113, 053305..另外，本项目对氮化物体系材料进行了一系列探索和尝试。前期工作主要集中在对该系列材料进行机械性能的计算研究以及制备合成。发表文章，Journal of Solid State Chemistry 216 (2014) 1–8, Journal of Alloys and Compounds 575 (2013) 137–144, 中国科学: 物理学 力学 天文学, 2013, 43: 142–151, 中国科学: 物理学 力学 天文学, 2013, 43: 1065–1073.