平面夹层结构双相复合膜实现高效氧渗透与卓越稳定性

本研究针对混合离子-电子传导陶瓷膜在空气氧分离中的应用，设计了一种新型夹层结构：将致密功能层嵌入指状多孔支撑层间，成功制备出无翘曲裂纹的GDC-LSCF复合膜，并经SCFN纳米颗粒修饰。该膜在900°C下氧渗透通量达3.19 mL(STP) cm?2 min?1，兼具85小时稳定运行与42次热循环耐受性，为高效制氧提供了突破性解决方案。

　　

通过创新性设计平面夹层结构双相复合膜，研究人员成功提升了陶瓷膜的氧渗透性能与机械稳定性。该膜采用钆掺杂氧化铈(Gd_0.2Ce_0.8O_2?δ, GDC)和锶钴铁氧化物(La_0.6Sr_0.4Co_0.2Fe_0.8O_3?δ, LSCF)以70:30质量比复合，通过相转化流延成型-层压-共烧结技术制备，避免了翘曲与开裂问题。后续采用铌掺杂锶钴铁氧化物(SrCo_0.1Fe_0.8Nb_0.1O_3?δ, SCFN)纳米颗粒进行浸渍修饰，显著增强表面交换动力学。当膜一侧暴露于空气、另一侧用氦气吹扫时，在900°C下获得3.19 mL(STP) cm^?2 min^?1的高氧通量。该性能源于三大限速步骤的协同优化：SCFN纳米颗粒提升表面反应速率，超薄致密层降低离子/电子传输阻力，指状孔结构促进气相传质。膜材料展现出卓越稳定性，在900°C持续运行85小时无衰减，并能承受700-900°C间42次热循环。这项突破为高效空气氧分离技术提供了兼具高性能与鲁棒性的陶瓷膜设计范式。