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具有高效氧离子传输路径的新型钙钛矿氟氧化物膜用于低温氧渗透

随着现代社会的发展,医疗工程、环境工程以及化学工程等领域对氧气的需求日益增加。面向节能减排的重大需求,低成本氧气的制备显得尤为重要。与传统的纯氧制备过程(深冷分离)相比,致密陶瓷氧渗透膜以其100%的氧气选择性、操作简单、能耗低以及易与高温过程耦合的特点,具有广阔的应用前景。作为一种重要的气体分离膜,自上世纪80年代中期开始,经多年研究,涌现出大量优秀的致密陶瓷氧渗透膜。但是,这一技术仍然面临着一个关键问题就是如何突破性地开发出在低温下(< 923 K)具有高性能的氧分离膜材料。

具有高效氧离子传输路径的新型钙钛矿氟氧化物膜用于低温氧渗透

南京工业大学材料化学工程国家重点实验室金万勤教授研究团队围绕低温致密陶瓷氧渗透膜开展了深入的研究。近期,他们通过在钙钛矿型氧化物中引入氟离子来构建快速的氧离子传输路径,设计开发出在低温下具有高效氧离子传输能力的钙钛矿型氟氧化物氧分离膜。该想法是基于氟元素的高电负性,氟元素的引入会降低金属氧键的平均键能,使氧离子易于摆脱金属离子的束缚,产生更多的氧空位,提高氧离子的传输速率,实现低温的高效氧分离。在873 K,所开发的钙钛矿氟氧化物膜的氧渗透通量超过已报道的致密陶瓷氧渗透膜。该工作不仅为低温致密陶瓷氧渗透膜的研究提供了理论与技术指导,也为混合导体材料在能源环境领域的研究开辟了新路径。

相关结果发表在 Advanced Materials DOI: 10.1002/adma.201505959)上。

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