La0.8Sr0.2Fe1-xMxO3/Pd复合纳米晶薄膜材料的电化学储氢行为研究

钙钛矿型ABO3氧化物La1-xSrxFeO3作为新型低成本的镍氢电池负极材料具有较高的电化学放电容量（380~620mAh/g）和良好的循环稳定性，但其放电容量与温度关系密切，同时电化学反应动力学性能较差，目前对其电化学储氢行为和机理尚缺乏清晰和系统地认识。为了深入理解ABO3氧化物材料电化学储氢行为，本课题以脉冲激光沉积制备复合纳米晶薄膜材料La0.8Sr0.2FexM1-xO3 /Pd (x=0~1.0；M=Co,Ni,Mn)为研究对象，系统研究化学摻杂M、电导率、氢原子扩散系数、表面镀Pd层、薄膜厚度和温度对La0.8Sr0.2FexM1-xO3/Pd薄膜电极电化学储氢行为的影响规律，以期搞清影响电极放电容量的主要原因和制约电化学反应动力学性能的关键因素。该研究对深入理解和认识ABO3型氧化物电化学储氢行为和规律、寻求有效改善ABO3氧化物的电化学性能具有重要的科学意义和应用价值。

用溶胶-凝胶方法和磁控溅射技术分别制备出具有钙钛矿型结构的纳米晶粉体材料LaFe1-xMxO3（x = 0-1.0，M = Fe,Ni）和表面镀Pd的复合薄膜材料LaMO3/Pd（M = Fe,Ni），系统研究了制备条件、B位元素M、紫外光辐照激发和表面镀Pd层对LaFe1-xMxO3（x = 0-1.0，M = Fe,Ni）材料电化学储氢行为的影响规律，获得以下主要结果：.表面碳包覆LaFeO3/C可减小电化学反应极化，其电化学性能优于未包覆的LaFeO3。随Ni替代量x的增大，LaFe1-xNixO3的相结构由正交结构向菱面体结构转变，其电极放电容量随x的增加而逐渐增大；经紫外光辐照激发后，LaFe1-xNixO3电极放电容量和交换电流Io与未激发前相比显著提高，当x=0.4时其放电容量最大（483.1 mAh•g-1），交换电流密度Io值比光激发前提高2 - 4倍。.用射频磁控溅射方法分别在Si(111)和金属镍片衬底上制备了Pd膜、LaMO3(M=Ni, Fe)膜和LaMO3/Pd(M=Ni, Fe)复合薄膜材料，得到制备条件影响LaMO3膜材的相结构和电导率的规律。电化学分析结果表明，退火前后的LaMO3(M=Ni, Fe)单膜电极在25oC和碱性水溶液中几乎无放电容量，但表面镀Pd后的LaMO3/Pd (M=Ni, Fe)复合薄膜电极在-0.87 ~ -0.8V(vs. Hg/HgO)区间出现放电电压平台，放电容量显著提高，当扣除表面Pd膜的储氢量后，其中LaNiO3薄膜在25oC下的实际放电容量达到270-300mAh/g，远高于目前国内外公开报道钙钛矿型氧化物在室温下的放电容量，说明表面镀Pd后能极大改善LaMO3(M=Ni, Fe)LaFeO3薄膜电极的电化学储氢性能和反应动力学特性，其电化学储氢反应机理与粉体材料不同。今后通过优化氧化物组成和表面催化改性，有可能获得用于镍氢电池负极材料的新型钙钛矿型氧化物电极材料。项目基本按计划展开工作，但总体研究的计划进度有所延缓，已在国内权威学术期刊上已发表论文3篇，另有1篇论文已投稿。有关La0.8Sr0.2MO3/Pd (M=Ni，Fe，Cr，Co，Ti，V )复合膜材料的电化学性能以及表面覆Pd和温度对复合薄膜电极性能的作用和影响机理仍在研究之中。项目执行期间，已培养博士和硕士研究生6名。