一種微孔介質(zhì)預(yù)置納米催化劑的新工藝.pdf

1、固體能源裝置如SOFCs、SOECs等具有高能量轉(zhuǎn)化效率、低污染等特性，在能源、環(huán)保等領(lǐng)域受到重視。電子導(dǎo)體—離子導(dǎo)體混合物材料是固體能源裝置常用的材料，金屬Ni、Fe等被用作催化劑和電子導(dǎo)體，而結(jié)構(gòu)納米化是該領(lǐng)域的重要方向。金屬催化劑納米化具有提高三相界面密度等優(yōu)勢和巨大的研究價(jià)值，而浸漬等傳統(tǒng)方法具有效率低、重復(fù)性差等缺點(diǎn)。本文針對固體能源裝置常用的微孔介質(zhì)預(yù)置納米催化劑，基于等離子滲N等成熟的熱處理方法，提出和發(fā)展一種以金屬等離子

2、體預(yù)置納米催化劑的新方法并研究其機(jī)制。
　　通過轟擊金屬靶形成的金屬等離子體在微孔介質(zhì)上表現(xiàn)為沉積和擴(kuò)散效應(yīng)，并形成納米顆粒物。實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算證明該預(yù)置過程中，在微孔介質(zhì)表面及微孔口附近，金屬催化劑等離子體發(fā)生擴(kuò)散和吸附沉積，在微孔較大深度處金屬催化劑以表面擴(kuò)散為主要預(yù)置方式并形成納米顆粒物。該工藝可以在微孔介質(zhì)較大的深度范圍內(nèi)制備優(yōu)質(zhì)的納米催化劑結(jié)構(gòu)，具有制備微孔內(nèi)納米催化劑的可行性、應(yīng)用價(jià)值和發(fā)展?jié)摿Α?br>　　本論文基于實(shí)

3、驗(yàn)觀察與基本理論討論預(yù)置納米催化劑的機(jī)制，沉積系數(shù)與表面擴(kuò)散系數(shù)是鍍滲工藝的主要控制因素，通過實(shí)驗(yàn)與理論計(jì)算比較，證明本文提出的等離子體鍍滲微觀機(jī)制的合理性。并且通過不同工藝參數(shù)的實(shí)驗(yàn)，本文討論了基體骨架材料與結(jié)構(gòu)特性、溫度、時(shí)間和氣氛成分等預(yù)置工藝的主要影響因素，初步研究了預(yù)置工藝的動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)。金屬粒子在微孔內(nèi)壁以沉積區(qū)為擴(kuò)散源形成表面擴(kuò)散，其擴(kuò)散系數(shù)小于在晶面上的擴(kuò)散系數(shù)。金屬等離子體沉積過程中，濃度或顆粒粒徑逐漸增長而趨于穩(wěn)定

4、；表面擴(kuò)散過程中，擴(kuò)散前沿顆擴(kuò)散阻力較大，而隨時(shí)間增加和擴(kuò)散距離增加，整體上濃度梯度的擴(kuò)散驅(qū)動(dòng)力減小，表面擴(kuò)散趨勢減小，擴(kuò)散深度和濃度場而趨于穩(wěn)定。工藝下溫度選擇800℃~1000℃為宜，過高溫度不利于顆粒保持納米尺度，微孔封閉與介質(zhì)致密化趨勢明顯增加，而工藝適宜氣氛為H2和Ar混合氣氛。1000℃×4h0.03L/minH2+0.03L/minAr和800℃×24h0.03L/minH2+0.03L/minAr被認(rèn)為是對直孔2μm×2