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Erschienen in: Journal of Materials Science 36/2020

21.09.2020 | Ceramics

Proteic sol–gel synthesis of Gd-doped ceria: a comprehensive structural, chemical, microstructural and electrical analysis

verfasst von: Allan J. M. Araújo, João P. F. Grilo, Francisco J. A. Loureiro, Laura I. V. Holz, Daniel A. Macedo, Duncan P. Fagg, Carlos A. Paskocimas

Erschienen in: Journal of Materials Science | Ausgabe 36/2020

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Abstract

Gd-doped ceria (Ce1−xGdxO2-δ; x = 0, 0.1 and 0.2) is one of the best ceramic electrolytes for application in solid oxide electrochemical devices. This work reports an innovative and environmentally friendly route known as “proteic sol–gel synthesis” using gelatin for their preparation. Materials are characterized via thermogravimetric analysis, X-ray diffractometry, scanning electron microscopy, Raman and X-ray photoelectron spectroscopies, and electrochemical impedance spectroscopy. The proposed method allows to produce pure phase nanosized powders at 400 °C that exhibit excellent sinterability at 1350 °C. Significant differences are found in the bulk at lower temperatures, with estimated defect association enthalpies of 0.45 and 0.56 eV for the compositions containing 10 and 20 mol% Gd, respectively, leading to an increased bulk conductivity in the first case. In contrast, identical grain boundary Schottky barrier height values of around 0.2 V are a possible result of the relatively low sintering temperature, decreasing the extent of the acceptor dopant segregation to the grain boundaries due to insufficient cation mobility. This leads to similar specific grain boundary characteristics in both doped compositions. Overall, this work provides a rational understanding of a novel route for the synthesis of CGO ceramics with competitive performance and decreased sintering temperature.

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Literatur
25.
Zurück zum Zitat (2015) ASTM E1523–15, Standard guide to charge control and charge referencing techniques in X-ray photoelectron spectroscopy. ASTM International, West Conshohocken, PA. www.astm.org (2015) ASTM E1523–15, Standard guide to charge control and charge referencing techniques in X-ray photoelectron spectroscopy. ASTM International, West Conshohocken, PA. www.​astm.​org
47.
Zurück zum Zitat Sánchez-Bautista C, Dos Santos-García AJ, Peña-Martínez J, Canales-Vázquez J (2010) Processing of samarium doped ceria for IT-SOFC. Grain boundary effect on the electrical conductivity. Bol la Soc Española Ceram y Vidr 49:7–14 Sánchez-Bautista C, Dos Santos-García AJ, Peña-Martínez J, Canales-Vázquez J (2010) Processing of samarium doped ceria for IT-SOFC. Grain boundary effect on the electrical conductivity. Bol la Soc Española Ceram y Vidr 49:7–14
Metadaten
Titel
Proteic sol–gel synthesis of Gd-doped ceria: a comprehensive structural, chemical, microstructural and electrical analysis
verfasst von
Allan J. M. Araújo
João P. F. Grilo
Francisco J. A. Loureiro
Laura I. V. Holz
Daniel A. Macedo
Duncan P. Fagg
Carlos A. Paskocimas
Publikationsdatum
21.09.2020
Verlag
Springer US
Erschienen in
Journal of Materials Science / Ausgabe 36/2020
Print ISSN: 0022-2461
Elektronische ISSN: 1573-4803
DOI
https://doi.org/10.1007/s10853-020-05173-6

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