高エントロピー設計によるBa_0.5Sr_0.5Co_0.8Fe_0.2O_3-δの酸素浸透性と安定性のバランスの改善

科学分野:

• 材料科学
• 化学工学
• 固体化学

背景:

• 従来のペロブスキート酸化物は,酸素浸透流量と構造の安定性との間のトレードオフに直面しており,酸素浸透性膜での使用を制限しています.
• 先進的な分離技術には,高い酸素浸透性と堅固な構造的整合性を備えた材料の開発が不可欠です.

研究 の 目的:

• 高エントロピーのペロブスキート材料を設計し合成する.
• 新しい材料の構造的安定性,酸素浸透性,CO2耐性を調査する.

主な方法:

• Ba0.5Sr0.5Co0.71Fe0.2O3-δ (BSCF) マトリックスのB部位に適用された高エントロピー設計.
• Ba0.5Sr0.5Co0.71Fe0.2Ta0.03Ni0.03Zr0.03O3-δの合成について
• 結晶構造,微細構造,元素組成の体系的な特徴づけ
• 酸素の浸透流量測定は900 °Cで,ヘリウムスイープガスを使って,20%のCO2/ヘリウム大気の中で行います.

主要な成果:

• 安定した高エントロピーの 単相ペロブスキート酸化物を 合成しました
• 900 °Cで1mm厚の膜に対して1.28 mL·cm−2·min−1の酸素浸透フロースを達成し,100時間以上安定した.
• 20%のCO2/He大気の中で100時間以上,0.92 mL·cm−2·min−1以上のフックスを保持する.
• 漏れのない純粋な大気に戻ったときの酸素浸透流の完全な回復を観察した.

結論:

• Bサイトドーピング戦略は,酸素の浸透性とペロブスキート膜の構造的安定性の間のトレードオフを効果的に破ります.
• 開発された高エントロピーのペロブスキットは,効率的で安定した酸素分離を必要とする産業用途のための大きな可能性を示しています.
• この研究は,膜アプリケーションのための高性能ペロブスキート材料の設計のための貴重な理論的指針を提供します.