基于微纳米结构的层状类钙钛矿阴极材料的制备及氧还原机制

层状类钙钛矿材料具有两维的氧离子扩散通道，其氧离子扩散动力学要比无序排列的钙钛矿结构快得多，意味着这种有序排列的层状超晶格氧化物可以大大提高中温固体氧化物燃料电池阴极材料的电化学活性。本项目通过对Cu基层状类钙钛矿结构AA'B2O5+δ电子-离子混合导体材料的组成、制备工艺、界面结构优化及性能的研究，阐明该体系材料的组成-结构-工艺-性能的关系；通过对微纳米结构的多孔复合电极的界面设计，优化电极/电解质的电化学反应界面，提高电化学反应活性；在系统研究其导电性能和电化学性能的基础上，探讨层状类钙钛矿型混合导体的导电机制、建立阴极氧还原反应过程模型，为层状类钙钛矿材料在IT-SOFCs新型阴极材料中的应用提供理论基础和技术支撑。

本研究采用EDTA-柠檬酸联合络合法合成纳米粉体、离子掺杂改性、离子浸渍优化电极微结构等手段系统研究了新型Cu基层状钙钛矿材料用于中温固体氧化物燃料电池阴极材料，首次发现：（1）凝胶化加热温度、pH值、EDTA/柠檬酸与金属离子浓度比值等关键工艺参数对物相形成的影响规律；（2）新型Cu基层状钙钛矿材料与常用的电解质材料的热膨胀匹配性更为接近；（3）A’位掺杂Sr能显著提高材料的电导率，LnBa0.5Sr0.5Cu2O5与中温电解质材料SDC的高温化学相容性良好。（4）随稀土离子半径的降低，阴极材料的电化学催化活性提高，Sr掺杂的SmBa0.5Sr0.5Cu2O5有望成为中温氧化物燃料电池阴极材料。（5）适量浸渍纳米SDC离子导电物质可以提高阴极的电化学催化活性。上述结果证实了我们提出的铜基层状钙钛矿结构氧化物作为阴极材料的可行性，为中低温SOFCs的研究提供了一个新选择。