钐掺杂氧化铈中氧输运的电导率弛豫研究

本文评估了电导率弛豫 (ECR) 技术在研究混合导电氧化物氧输运特性方面的有效性。选取了 15 mol% 钐掺杂氧化铈 (SDC15) 作为基准材料以验证该方法，文献中可找到其两个主要输运特性（体相氧扩散系数 $D_{Chem}$ 和表面反应速率常数 $k_S$）的近似值。测量在 750 $^\circ$C 至 850 $^\circ$C 的温度范围内以及广泛的氧分压下进行。意外发现的高 p 型电子迁移数使得在氧化条件下进行 ECR 测量成为可能。开发了一套系统的数据分析程序，即使在体相和表面限制同时存在的一般情况下，也能可靠地提取动力学参数。本研究得出的 $D_{Chem}$ 与预期值在定性和定量上均表现出极好的一致性，范围在 $\sim 2\times10^{-5}$ 至 $2\times10^{-4}$ cm$^2$/s 之间。H$_2$/H$_2$O 混合气体下的表面反应常数也与文献结果吻合良好。值得注意的是，在 CO/CO$_2$ 或 O$_2$/Ar 混合气体下，该值增加了 40 倍。这一观察结果表明，在基于钐掺杂氧化铈的两步太阳能驱动热化学过程中，生产 CO 而非 H$_2$ 具有动力学优势。