纳米CeO_2与碳基低温固体氧化物燃料电池
国内外碳基固体氧化物燃料电池主要技术指标对比
国内外碳基固体氧化物燃料电池主要技术指标对比1. 引言1.1 概述碳基固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell，简称SOFC）作为一种高效、清洁能源转换技术，已经引起了国内外广泛的研究和应用关注。
这种燃料电池通过直接将化学能转化为电能，而无需通过燃烧过程产生废气或二氧化碳排放。
由于其高效率、低排放和多样化可用燃料的特点，SOFC被认为是未来能源领域的重要发展方向之一。
随着全球对清洁能源需求不断增长，各国纷纷投入大量资源进行SOFC技术的研究与开发，取得了许多重要成果。
在国内外的科学家和工程师们不懈努力下，SOFC的核心技术指标也得到了极大改善。
1.2 文章结构本文将首先从国内问题入手，通过对国内外碳基固体氧化物燃料电池主要技术指标的详细对比分析，探讨当前我国碳基固体氧化物燃料电池在效率、稳定性和使用寿命等方面存在的差距与不足。
随后，将对国外的相关研究进行梳理和总结，分析其在技术领域方面取得的进展、优势及存在的问题。
最后，通过对国内外技术指标对比的结果进行综合评价与讨论，并展望碳基固体氧化物燃料电池技术发展的趋势。
1.3 目的本文旨在通过对国内外碳基固体氧化物燃料电池主要技术指标的对比分析，全面了解当前这一领域在我国与其他国家之间存在的差距和不足。
同时，通过总结国外科学家和工程师们的研究成果和经验，为我国同行提供参考和借鉴，并对碳基固体氧化物燃料电池未来的发展方向进行探讨。
2. 国内碳基固体氧化物燃料电池技术指标对比2.1 效率对比在国内碳基固体氧化物燃料电池（SOFC）领域，各种技术的效率存在着差异。
其中一种最常见的指标是电池的开路电压（OCV），它反映了在无负载情况下SOFC的输出性能。
然而，开路电压并不能完全代表整个系统的效率，因此我们还需要考虑到SOFC在实际工作过程中的燃料利用效率和能量转换效率。
这些参数可以通过比较不同国内SOFC设备的实际测试数据来进行评估。
2.2 稳定性对比稳定性是评估碳基固体氧化物燃料电池技术指标的重要参数之一。
固体氧化物燃料电池(SOFC)
固体氧化物燃料电池(SOFC)及其发展摘要：固体氧化物燃料电池是将燃料中的化学能直接转化为电能的电化学装置，具有高效率、零污染、无噪声等特点。
它可以为民用、贸易、军事和交通运输等提供高质量的电源。
这一技术的成功应用对于缓解能源危机、满足对电力数目和质量的需求、保护生态环境和国家安全都具有重大的意义。
本文简略地介绍了固体氧化物燃料电池及现状和存在的题目，并提出了值得深进研究的课题。
关键词：固体氧化物燃料电池(SOFC)，现状，发展1．固体氧化物燃料电池发展背景燃料电池的历史可以追溯到1839年，SOFC的开发始于20世纪40年代，但是在80年代以后其研究才得到蓬勃发展。
以美国西屋电气公司(Westinghouse Electric Company)为代表，研制了管状结构的SOFC，用挤出成型方法制备多孔氧化铝或复合氧化锆支撑管，然后采用电化学气相沉积方法制备厚度在几十到100μm的电解质薄膜和电极薄膜。
1987年，该公司在日本安装的25kW级发电和余热供热SOFC系统，到1997年3月成功运行了约1. 3万小时；1997年12月，西门子西屋公司(Siemens Westinghouse Electric Company)在荷兰安装了第一组100kW管状SOFC系统，截止到2000年底封闭，累计工作了16 ,612小时，能量效率为46 %；2002年5月，西门子西屋公司又与加州大学合作，在加州安装了第一套220kW SOFC与气体涡轮机联动发电系统，目前获得的能量转化效率为58 %，猜测有看达到70 %。
接下来预备在德国安装320kW 联动发电系统，建成1MW的发电系统，预计2005年底，管状结构SOFC走向贸易化。
同时，日本三菱重工长崎造船所、九州电力公司和东陶公司、德国海德堡中心研究所等也进行了千瓦级管状结构SOFC发电试验.另外，加拿大的环球热电公司( Global Thermoelectric Inc. )，美国GE、Z2tek 等公司在开发平板型SOFC上取得进展，目前正在对千瓦级模块进行试运行。
固体氧化物燃料电池
平板型SOFC
平板型SOFC的空气/YSZ固体电解质/
燃料电极烧结成一体，组成“三合一”
结构，其间用开设导气沟槽的双极板 连接，使其间相互串联构成电池组。
平板型SOFC的优点：
“三合一”组件制备工艺简单，造价低，由于电流收集均匀， 流经路径短，使平板型电池的输出功率密度较管式高。
平板型SOFC的缺点：
在ＳＯＦＣ中，ＹＳＺ的最重要的用途是制备成致密 的薄膜，用于传导氧离子和分隔燃料与氧化剂。 ＳＯＦＣ阴极－电解质－阳极“三合一”组件有两种 基本结构：电解质支撑型和电极支撑型。两种不同结构 “三合一”组件的电解质薄膜厚度不同。电解质支撑型的 ＹＳＺ薄膜厚度一般在０．２ｍｍ以上，电极支撑型的Ｙ ＳＺ薄膜厚度一般在５－２０μｍ之间。
阳极材料的基本要求：
（1）稳定性 在燃料气氛中，阳极必须在化学、形貌和尺
度上保持稳定。 （2）电导率 阳极材料在还原气氛中要具有足够高的电子
导电率，以降低阳极的欧姆极化，同时还具备高的氧离子
导电率，以实现电极立体化。 （3）相容性 阳极材料与相接触的其它电池材料必须在室
温至制备温度范围内化学上相容。
在ＺｒＯ２晶格中，每引 入Ｙ３＋，就有一个氧空
位产生。
Sr、Mg掺杂的LaGaO3 (LSGM)
ＬＳＧＭ电解质材料的合成通常采用高温固相反 应法。按化学计量比将Ｌａ２Ｏ３﹑Ｇａ２Ｏ３和掺 杂剂ＳｒＣＯ３ ﹑ＭｇＯ混合均匀，在１０００℃
焙烧３６０ｍｉｎ，将得到的粉料重新研磨，将粉
料在１５００结体；将烧结体在研钵内加入乙醇研磨１２
０ｍｉｎ，即可获得ＬＳＧＭ粉料。
ＬＳＧＭ的结构
ＬａＧａＯ３具有扭曲的钙钛 矿结构，倾斜的ＧａＯ６八面 Ｌａ位于正六面体的中心，组 成正交结构的晶胞。
纳米CeO2的制备研究进展
Advances in Condensed Matter Physics 凝聚态物理学进展, 2014, 3, 28-32Published Online August 2014 in Hans. /journal/cmp/10.12677/cmp.2014.33004Research Progress of Preparation ofNano CeO2Li Cui1, Yaqin Hu1, Fanming Meng1,2*1School of Physics and Materials Science, Anhui University, Hefei2Anhui Key Laboratory of Information Materials and Devices, Anhui University, HefeiEmail: *mrmeng@Received: Jul. 2nd, 2014; revised: Aug. 3rd, 2014; accepted: Aug. 12th, 2014Copyright © 2014 by authors and Hans Publishers Inc.This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY)./licenses/by/4.0/AbstractCeO2 is a kind of cheap industrial materials widely used; it has a broad market prospect. CeO2 has been widely used in catalysis, solid oxide fuel cell, functional ceramics, and UV absorption mate-rials. In this paper, by analyzing the structure characteristics, the electron energy and the charac-teristics of cerium oxide, four kinds of preparation of cerium oxide are introduced which are solid phase method, liquid phase method, gas phase method, and hydrothermal method.KeywordsCeO2, Solid Phase Method, Liquid Phase Method, Gas Phase Method, Hydrothermal Method纳米CeO2的制备研究进展崔丽1，胡雅琴1，孟凡明1,2*1安徽大学物理与材料科学学院，合肥2安徽大学安徽省信息材料与器件重点实验室，合肥Email: *mrmeng@收稿日期：2014年7月2日；修回日期：2014年8月3日；录用日期：2014年8月12日*通讯作者。
能源材料固体氧化物燃料电池(SOFC)
常见种类
常见的阳极材料包括掺杂的金属氧化 物、复合金属氧化物和钙钛矿型材料 等。
阴极材料
适用范围
阴极材料主要用于固体氧化物燃料电池中的氧还原反应， 要求具有良好的氧还原催化活性、电子导电性和稳定性。
常见种类
常见的阴极材料包括钙钛矿型材料、层状结构材料和复合 阴极材料等。
发展趋势
为了提高SOFC的阴极性能，研究者们正在探索具有高氧 还原催化活性、高电子导电性和稳定性的新型阴极材料， 如过渡金属氧化物、氮化物和碳化物等。
密封与连接
采用合适的密封材料和工艺，确保电池的气密 性和稳定性，同时将电极引出线与外部电路连 接。
电性能测试
测量 SOFC的电压、电流和功率等电 性能参数，以评估其性能表现。
稳定性测试
通过长时间运行测试，观察SOFC的性能 衰减情况，评估其使用寿命和可靠性。
环境适应性测试
在不同温度、湿度和压力等环境下测试 SOFC的性能表现，以评估其实际应用能 力。
组件制备
01
02
03
流延成型
将制备好的粉末与粘结剂 混合，通过流延机制备出 薄膜状的电解质和连接体。
热压成型
将粉末填充到模具中，通 过热压成型制备出电极和 连接体组件。
烧结
在一定温度下对组件进行 烧结，去除粘结剂并使粉 末颗粒间形成致密的陶瓷 相。
电池装配
组件叠层
将电极、电解质和连接体按照设计好 的顺序叠层装配在一起。
低成本化
降低SOFC的成本是实现大规模应用的必要条件。通过开发低成本制备工艺、优化材料配 方、提高材料利用率等方式，可以降低SOFC的制造成本。
规模化应用
随着技术的不断成熟和成本的降低，SOFC有望在未来实现规模化应用。在分布式发电、 移动电源、电动汽车等领域，SOFC具有广阔的应用前景。
水热法制备纳米氧化铈粉体
水热法制备纳米氧化铈粉体摘要：CeO2是一种价廉且用途极广的工业材料，具有广阔的市场应用前景。
近年来，氧化铈纳米材料的形貌、尺寸控制以及性能应用方面已成为研究的热点之一。
本论文对氧化铈进行结构、形貌以及光学性能的表征，分析了固相法，液相法，气象法制备纳米材料的优缺点并采用水热法制备出氧化铈纳米材料。
关键词：纳米CeO2 ;水热法；制备方法Hydrothermal synthesis ，Preparation of nano-sized CeO 2particlesAbstract : Ceria is a cheap and widely used industry material, which has a broad market applied prospect. In this paper, the preparation, characterization and optical properties of as ceria nano materials have bee n studied ，the adva ntage and disadvantage of solid method ，liquid method and gas method have been con trasted and ceria nano materials were prepared by hydrothermal method. Keyword: nano meter CeO 2 ；Hydrothermal syn thesis ；preparati on method随着纳米技术的不断进步，纳米CeO2由于粒径比较小，具有高的表面效应、量子尺寸效应、小尺寸效应以及宏观量子隧道效应等特性，因此产生了与传统材料不同的许多特殊性质，成为近年来材料科学中研究的热点。
CeO2作为稀土家族中一种重要的化合物，可用于汽车尾气净化催化材料⑴、高温氧敏材料［2］、固体氧化物燃料电池（SOFC电极材料⑶⑷、化学机械抛光（CMP）研磨材料⑸等行业，对人类改善工作条件、提高生活质量、保障身体健康，节约能源、加强环境保护具有重要的现实意义，并具有显著的经济效益和社会效益。
固体氧化物燃料电池
固体氧化物燃料电池燃料电池又叫连续电池，它在等温条件下直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能转变为电能燃料电池的发电原理：阳极进行燃料的氧化过程，阴极进行氧化剂的还原过程，导电离子在电解质内迁移，电子通过外电路做功并构成电的回路。
燃料电池的工作方式：燃料电池的燃料和氧化剂不是储存在电池内，而是储存在电池外的储罐中。
当电池发电时需要连续不断地向电池内输送燃料和氧化剂，排除产物和废热。
燃料电池的组成：(1) 电极。
为多孔结构，可由具有电化学催化活性的材料制成，也可以只作为电化学反应的载体和反应电流的传导体。
(2) 电解质。
通常为固态或液态，但也有关于NH3 气氛中NH4Cl 电解质的研究。
电解质的状态取决于电池的使用条件。
(3) 燃料。
可以是气态(氢气等)或液态(甲醇等)，在极少数情况下也可以是固态(碳)。
(4) 氧化剂。
选择比较方便，纯氧、空气或卤素都可以胜任，而空气是最便宜的。
燃料电池的特点：可长时间不间断地工作——这使燃料电池兼具普通化学电源能量转换效率高和常规发电机组连续工作时间长的两种优势。
高效——它不通过热机过程，不受卡诺循环的限制，其能量转化效率在40-60%；如果实现热电联供，燃料的总利用率可高达80%以上。
环境友好——以纯氢为燃料时，燃料电池的化学反应物仅为水；以富氢气体为燃料时，其二氧化碳的排放量比热机过程减少40%以上，这对缓解地球的温室效应是十分重要的。
安静——燃料电池运动部件很少，工作时安静，噪声很低。
可靠性高——碱性燃料电池和磷酸燃料电池的运行均证明燃料电池的运行高度可靠，可作为各种应急电源和不间断电源使用。
燃料电池的类型：按电解质的性质分：1、碱性燃料电池，简称AFC。
2、质子交换膜燃料电池，简称PEMFC。
3、磷酸燃料电池，PAFC。
4、熔融碳酸盐燃料电池，固体氧化物燃料电池 SOFC是以固体氧化物为电解质，如ZrO2、BiO3等，阳极材料是Ni-YSZ陶瓷，阴极材料主要采用锰酸镧材料，SOFC的固体氧化物电解质在高温下800～1000℃具有传递O2-的能力，在电池中起传递O2和分隔氧化剂与燃料的作用。
固体氧化物燃料电池材料
固体氧化物燃料电池材料【内容摘要】：燃料电池在运行过程中具有良好的安全可靠性、环境友好性、可操作性和灵活性，这些优点赋予了燃料电池极强的生命力和长远的发展潜力。
本文就固体氧化燃料电池的研究现状阐述烟花燃料电池的结构、原理、特点及电池材料的研究进展。
【关键词】：固体氧化物燃料电池材料制备电池材料引言固体氧化物燃料电池是一种新型绿色能源装置，比质子交换膜燃料电池有更高的转换效率和节能效果，可减少二氧化碳排放50%，不产生NOx，已成为发达国家重点研究开放的新能源技术。
但目前研究的固体氧化物燃料电池的工作温度达800-900℃，其关键部件的材料的制备总是成为制约固体氧化物燃料电池发展的瓶颈。
一、固体氧化物燃料电池的结构固体氧化物燃料电池单体主要组成部分由电解质、阳极或燃料极、阴极或空气极和连接体或双极板组成。
其单电池由阳极、阴极和固体氧化物电解质组成，阳极为燃料发生氧化的场所，阴极为氧化剂还原的场所，两极都含有加速电极电化学反应的催化剂。
工作时相当于一直流电源，其阳极即电源负极，阴极为电源正极。
在固体氧化物燃料电池的阳极一侧持续通入燃料气，例如：氢气(H2)、甲烷(CH4)、城市煤气等，具有催化作用的阳极表面吸附燃料气体，并通过阳极的多孔结构扩散到阳极与电解质的界面。
在阴极一侧持续通人氧气或空气，具有多孔结构的阴极表面吸附氧，由于阴极本身的催化作用，使得O2得到电子变为O2-，在化学势的作用下，O2-进入起电解质作用的固体氧离子导体，由于浓度梯度引起扩散，最终到达固体电解质与阳极的界面，与燃料气体发生反应，失去的电子通过外电路回到阴极。
单体电池只能产生1V左右电压，功率有限，为了使得SOFC具有实际应用可能，需要大大提高SOFC的功率。
为此，可以将若干个单电池以各种方式(串联、并联、混联)组装成电池组。
目前SOFC组的结构主要为：管状(tubular)、平板型(planar)和整体型(unique)三种，其中平板型因功率密度高和制作成本低而成为SOFC的发展趋势。
固体氧化物燃料电池(SOFC)
固体氧化物燃料电池(SOFC)及其发展摘要：固体氧化物燃料电池是将燃料中的化学能直接转化为电能的电化学装置，具有高效率、零污染、无噪声等特点。
它可以为民用、贸易、军事和交通运输等提供高质量的电源。
这一技术的成功应用对于缓解能源危机、满足对电力数目和质量的需求、保护生态环境和国家安全都具有重大的意义。
本文简略地介绍了固体氧化物燃料电池及现状和存在的题目，并提出了值得深进研究的课题。
关键词：固体氧化物燃料电池(SOFC)，现状，发展1．固体氧化物燃料电池发展背景燃料电池的历史可以追溯到1839年，SOFC的开发始于20世纪40年代，但是在80年代以后其研究才得到蓬勃发展。
以美国西屋电气公司(Westinghouse Electric Company)为代表，研制了管状结构的SOFC，用挤出成型方法制备多孔氧化铝或复合氧化锆支撑管，然后采用电化学气相沉积方法制备厚度在几十到100μm的电解质薄膜和电极薄膜。
1987年，该公司在日本安装的25kW级发电和余热供热SOFC系统，到1997年3月成功运行了约1. 3万小时；1997年12月，西门子西屋公司(Siemens Westinghouse Electric Company)在荷兰安装了第一组100kW管状SOFC系统，截止到2000年底封闭，累计工作了16 ,612小时，能量效率为46 %；2002年5月，西门子西屋公司又与加州大学合作，在加州安装了第一套220kW SOFC与气体涡轮机联动发电系统，目前获得的能量转化效率为58 %，猜测有看达到70 %。
接下来预备在德国安装320kW 联动发电系统，建成1MW的发电系统，预计2005年底，管状结构SOFC走向贸易化。
同时，日本三菱重工长崎造船所、九州电力公司和东陶公司、德国海德堡中心研究所等也进行了千瓦级管状结构SOFC发电试验.另外，加拿大的环球热电公司( Global Thermoelectric Inc. )，美国GE、Z2tek 等公司在开发平板型SOFC上取得进展，目前正在对千瓦级模块进行试运行。
【2019年整理】二氧化铈的制备
1.4二氧化铈的制备CeO2的合成方法有很多，如固相合成法、惰性气体冷凝法、燃烧法、微乳法，水热法、溶胶一凝胶法和沉淀法；喷雾反应法，微波法等．水热法样品制备：实验分别采用Ce(OH)，Ce(CH，COOH)为前驱体，主要以水热合成反应时间以及pH环境为主要控制因素，进行二氧化铈纳米颗粒的水热合成：①以Ce(0H)为前驱体的合成路线，把Ce(NO)·6H O和H O 以一定的摩尔比混合，使ce，氧化为Ce4+，后加入过量氨水，经完全反应后得到黄色ce(OH) 为沉淀，用此前驱体进行水热反应得到纳米二氧化铈；②以Ce(CH，COOH) 为前驱体的合成路线，直接配制Ce4+浓度为05 mol／L的Ce(CH，COOH)溶液，以此作为前驱体进行水热反应合成二氧化铈。
得到产物分别进行离心、干燥处理，得到最终产物。
结论：实验发现，延长反应时间并没有提高产物的性能，而产物经高温处理后，结晶度明显提高，晶粒尺寸也明显增大，但不足之处是热处理后明显加剧了晶粒的团聚。
[4]付佳摘译自《J Mater Process Tec微波法样品制备：称取1．04 g NaOH溶于30 mL去离子水中配成NaOH溶液。
另取2．02 g Ce(S0 )2·4H2O 溶解于40 mL去离子水中，向其中加入10 mL 0．6％(质量分数)的聚乙二醇。
在磁力搅拌器作用下逐滴滴人NaOH溶液，析出二氧化铈水合物CeO ·2H O。
将上述反应液3等分装入3个微波消解罐中，在微波的作用下使沉淀脱水并晶化，形成纳米颗粒CeO 。
之后将其抽滤，分别用聚乙二醇、乙醇和去离子水进行洗涤，直到洗液无so 一为止。
将洗净的沉淀置于微波炉里进一步晶化，再在120 oC的温度下干燥2 h，研磨，便可得到样品。
Ce(SO4)2．4H2O+4NaoH墼CeO2+2Na2SO4+6H2结论：1)采用微波技术制备纳米CeO 颗粒，用聚乙二醇作分散剂和保护剂，是一种新型的制备方法，具有易于操作，环保，粒径小等特点。
Y_2O_3和CeO_2复合掺杂ZrO_2纳米晶的制备与表征_庞松
Y2O3和CeO2复合掺杂ZrO2纳米晶的制备与表征Ξ庞 松,侯书恩3,张 涛,刘贺年(中国地质大学(武汉)材料科学与化学工程学院,湖北武汉430074)摘要:以ZrOCl2・8H2O,Y2O3,Ce(NO3)3・5.5H2O为原料,NH3・H2O作沉淀剂,少量表面活性剂PE作分散剂,采用反向共沉淀2喷雾干燥法,结合物理、化学分散技术,成功地制备了Y2O3,CeO2复合掺杂ZrO2纳米粉末。
通过DSC2TG,XRD,XPS,BET和SEM等方法对所制得粉末进行了表征。
结果表明:以Ce0.1Y0.1Zr0.8O1.95化学计量比制备的多元氢氧化物胶体经过喷雾干燥处理后,在500℃基本完成水合氧化物的分解,577℃附近完成由非晶相向立方相的转变;经过580～1000℃煅烧后,CeO2和Y2O3已经完全固溶到ZrO2中,形成类质同相体,该粉末系列均属于立方相萤石结构;掺杂进入ZrO2晶格中的Ce呈+4价形式存在;比表面积由22.0m2・g-1(580℃煅烧)减至4.97m2・g-1(1000℃煅烧);SEM结果显示800℃煅烧的该粉末颗粒尺寸分布均匀,多呈类球状,且粒径在50～80nm。
关键词:纳米ZrO2粉末;反向共沉淀2喷雾干燥法;Y2O3,CeO2复合掺杂;稀土中图分类号:TF123.2 文献标识码:A 文章编号:1000-4343(2007)06-0755-05 固体氧化物燃料电池(S olid Oxidation Fuel Cell 简称SOFC)是一种新型的发电方式,其工作时通过燃料气(如CH4,H2,CO等)和氧化剂(如O2等)的电化学反应把化学能直接转化为电能[1]。
Lee 等[2]在ZrO22CeO2中加入Y2O3可以阻止Ce4+还原反应的发生,提高了材料的稳定性。
多元掺杂ZrO2成为现在SOFC研究的热点。
实验证明:当固体电解质薄膜降到1～2μm时,SOFC的运行温度在650℃左右[3]。
溶液的pH值对纳米CeO_2晶粒形貌及形成机制的影响
Ξ 收稿日期 : 2005 - 05 - 11 ; 修订日期 : 2005 - 06 - 25 基金项目 : 国家自然科学基金资助项目 (50525413) 作者简介 : 梅 燕 (1967 - ) , 女 , 河北邢台人 , 博士 , 副教授 ; 研究方向 : 超微材料的制备 、性能及应用
3 通讯联系人 ( E2mail : zrnie @bjut . edu . cn)
酸性条件 :
负极反应 : 4Ce3 + - 4e
4Ce4 +
+ ) 正极反应 : O2 + 4H + + 4e
2H2O
电池反应 : 4Ce3 + + O2 + 4H +
4Ce4 + + 2H2O
其中 Ce3 + | Ce4 + 的 标 准 电 极 电 势 E0 = 1. 443 V ,
(Pt) O2| H2O , H + 的标准电极电势 E0 = 11229 V 。故
生成的 Ce (OH) 3 沉淀在空气中很容易被氧化成四 价的 Ce (OH) 4 沉淀 , 最终 Ce (OH) 4 沉淀脱水形成
CeO2[13 ] 。其化学反应过程可表示为 :
Ce (NO3) 3·6H2O + 3NH3·H2O
Ce (OH) 3 ↓+ 3NH4NO3 + 6H2O
(1)
4Ce (OH) 3 + O2 + 2H2O
从以 上 的 电 化 学 进 程 还 可 以 解 释 不 同 形 貌 CeO2 粒子的形成机制 。
根据 Shinryo [15 ]理论 : 棒状和球状 CeO2 粒子的 形成不仅依赖于从 Ce3 +ΠCe4 + 转化期间溶液的 p H 值 , 且其反应机制在碱性和酸性溶液中分别为拓扑 反应机制和分解沉淀机制 。我们认为 , 起初 NH3 · H2O 滴 入 到 Ce (NO3 ) 3 溶 液 中 , 很 快 会 形 成 Ce (OH) 3 结晶核 。本着晶体自发均相生长的原则和能 量最低原理 , 初生的 Ce (OH) 3 晶粒会倾向于尽量 缩小其表面 , 以达到减小其表面能的目的 , 即向生 成球形粒子的方向进行 , 所以初生 Ce (OH) 3 晶粒 均为球状 。酸性环境下 , Ce3 +ΠCe4 + 的氧化转化快 , 按照 Shinryo Yabe 提出的分解沉淀机制 , 成形的 Ce (OH) 3 粒子在此反应条件下迅速氧化成 CeO2 , 即 氧化反应速度大于其晶粒生长速度 , 所以 Ce (OH) 3 粒子缺少足够的时间长大为其他形貌 , 导致其最终 粒子形貌为球形 。而在碱性环境下 , Ce3 +ΠCe4 + 的氧 化转化慢 , 反应遵循 Shinryo 提出的拓扑反应机制 , 即晶粒生长速度大于 Ce3 +ΠCe4 + 的氧化反应速度 , 球形颗粒逐渐分裂 、延伸 、长大到棒状 。根据溶解 和沉淀原理 , CeO2 的结晶化和晶体生长是从氢氧 化物 (羟基化) 进行的 , 所以控制最初 Ce (OH) 3 沉 淀的晶核生成 , 将主要决定最终产物 CeO2 的性 质[16 ] 。
纳米技术在能源领域的应用
纳米技术在能源领域的应用纳米技术是研究物质在纳米尺度（通常定义为1到100纳米范围内）的性质和应用的科学技术。
近年来，随着纳米科学的发展，纳米技术在多个领域的应用逐渐展开，尤其是在能源领域。
本文将探讨纳米技术在能源领域中的多个重要应用，包括太阳能电池、燃料电池、储能系统以及催化剂等方面。
这些应用不仅提高了能源转换效率，还推动了清洁和可再生能源的发展，为应对全球能源危机和环境问题提供了新的解决方案。
太阳能电池纳米材料的应用太阳能电池用于将太阳能转化为电能，是可再生能源的重要组成部分。
传统的硅基太阳能电池在成本和效率上受到限制，而纳米技术为其提供了新的突破。
通过使用纳米材料，如量子点、碳纳米管和二氧化钛等，可以显著提高太阳能电池的光吸收能力和转换效率。
例如，把硅基光伏材料与量子点结合，可以增加光子的吸收，并且量子点的大小可以调节，以优化光谱响应，从而提升整体效率。
效率提升研究表明，使用纳米结构的光伏材料能够实现更高的光电转换效率。
2020年，使用纳米颗粒增强因子制造的太阳能电池已经达到25%以上的转换效率，而传统硅基电池的最高效率普遍低于20%。
此外，纳米技术还允许设计更为轻薄、柔性的新型太阳能电池，拓展了其在建筑集成光伏（BIPV）和移动设备充电等多种应用场景中的潜力。
燃料电池催化剂的改进燃料电池是一种通过氢气和氧气反应直接转化为电能的设备，其性能主要依赖于催化剂的选择。
传统燃料电池一般使用铂作为催化剂，但由于其高成本和稀缺性，限制了广泛应用。
采用纳米技术可以有效改善催化剂性能。
通过合成具有高表面积的催化剂纳米颗粒，例如金属-氧化物复合物，能够提高反应物与催化剂之间的接触面积，从而提高催化活性。
高效氢气生产得益于纳米材料在高温下的优良导热性，催化剂可以在降低工作温度的情况下实现高效氢气生成。
此外，利用纳米孔结构的大量表面活性位点，可以大幅提高氢气生产的速率。
例如，采用铂基合金和非铂催化剂组合的方法，可以在较低温度下快速氧化甲醇或乙醇，成为未来清洁能源利用的重要途径。