A novel concept for the preparation of multiphase composite ceramics based on demixing of a single ceramic precursor has been developed and used for the synthesis of a dual-phase H2 -permeable ceramic membrane. The precursor BaCe0.5 Fe0.5 O3-δ decomposes on calcination at 1370 °C for 10 h into two thermodynamically stable oxides with perovskite structures: the cerium-rich oxide BaCe0.85 Fe0.15 O3-δ (BCF8515) and the iron-rich oxide BaCe0.15 Fe0.85 O3-δ (BCF1585), 50 mol % each. In the resulting dual-phase material, the orthorhombic perovskite BCF8515 acts as the main proton conductor and the cubic perovskite BCF1585 as the main electron conductor. The dual-phase membrane shows an extremely high H2 permeation flux of 0.76 mL min(-1)  cm(-2) at 950 °C with 1.0 mm thickness. This auto-demixing concept should be applicable to the synthesis of other ionic-electronic conducting ceramics.

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Ein neues Konzeptf ür die Synthese mehrphasiger Kompositkeramiken, das auf der Entmischung einer gemeinsamen keramischen Vorstufe beruht, wurdeentwickelt und auf die Synthese einer zweiphasigen wasserstofftransportierenden Keramikmembran angewendet. Die Vorstufe BaCe 0.5 Fe 0.5 O 3Àd zerfälltw ährend eines 10-stündigen Kalzinierens bei 1370 8 8C paritätischi nz wei thermodynamischs tabile Mischoxide mit Perowskitstruktur:I nd as Cer-reiche BaCe 0.85 Fe 0.15 O 3Àd (BCF8515) zu 50 Mol-% und in das Eisen-reiche BaCe 0.15 Fe 0.85 O 3Àd (BCF1585) zu 50 Mol-%. Im resultierenden Kompositmaterial übt die orthorhombische Perowskitphase BCF8515 hauptsächlich die Funktion des Protonenleiters aus, die kubische Perowkitphase BCF1585 ist dagegen der hauptsächliche Elektronenleiter.D ie zweiphasige keramischeK ompositmembran zeigt den extrem hohen Wasserstoff-Fluss von 0.76 mL min À1 cm À2 bei 950 8 8Cu nd 1.0 mm Membrandicke. Das Prinzip der Selbstentmischung einer Vorstufe in einen Protonen-und einen Elektronenleiter sollte auch auf die Synthese anderer ionen-und elektronentransportierender Keramiken anwendbar sein.Gegenwärtig erfahren keramische Protonen-Elektronen-Gemischtleiter große Aufmerksamkeit wegen ihres mçglichen Einsatzes als Wasserstoff- [1a-c] oder Feuchtesensor [1d,e] ebenso wie als Wasserstoffpumpe. [1f,g] Diese Protonen-Elektronen-Gemischtleiter kçnnen als Membran zur Wasserstoffabtrennung [1h-k] wie auch in katalytischen Membranreaktoren Verwendung finden. [1l] Auch der Einsatz in Brennstoffzellen, [1m-q] als Festelektrolyt in der Ammoniaksynthese [1r,s] oder als Photokatalysator in der Wasserspaltung sind denkbar. [1t] Die meisten dieser Protonen-Elektronen-Gemischtleiter sind ABO 3 -Perowskite wie SrCeO 3 ,B aCeO 3 ,S rZrO 3 , CaZrO 3 und SrTiO 3 .Die mit diesen keramischen Membranen selbst bei hohen Temperaturen (800-950 8 8C) erreichbaren Wasserstoff-Flüsse liegen noch weit unter industriellen Anforderungen, besonders wegen ihrer ungenügenden elektronischen Leitfähigkeit. [2][3][4] Um die Wasserstoff-Flüsse durch solche Membranen zu erhçhen, wurden die entsprechenden Materialien zur Erhçhung der elektronischen Leitfähigkeit auf der B-Position durch Dotieren mit dreiwertigen Elementen, insbesondere mit Seltenen Erden, modifiziert. Beispiele sind das Dotieren von SrCeO 3 und BaCeO 3 mit Eu, Sm, Mn und Nd. [5-7] Die Wasserstoff-Flüsse durch Membranen dieser modifizierten Gemischtleiter liegen aber immer noch unter 0.03 mL min À1 cm À2 ,d ad ie elektronische Leitfähigkeit zwar verbessert wurde,a ber nicht in ausreichendem Maße. Ein alternativer Weg, den Wasserstoff-Fluss zu erhçhen, ist die Entwicklung zweiphasiger Materialien:E in Protonenleiter und ein Elektronenleiter,v orzugsweise ein Metall wie Nickel, bilden jeweils ein Perkolationsnetzwerk für Protonen und Elektronen. Beispiele für solche Keramik-Metall-Komposite (Cermets) sind Ni-BaCe 0.9 Y 0.1 O 3Àd , [8] Ni-BaCe 0.95 Tb 0.05 O 3Àd [9] und Ni-BaZr 0.1 Ce 0.7 Y 0.1 Yb 0.1 O 3Àd . [10] Der Wasserstoff-Fluss durch diese Cermets konnte um etwa...