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Analysis of defect mechanisms in nonstoichiometric ceria-zirconia by the microwave cavity perturbation method

DOI zum Zitieren der Version auf EPub Bayreuth: https://doi.org/10.15495/EPub_UBT_00007085
URN zum Zitieren der Version auf EPub Bayreuth: urn:nbn:de:bvb:703-epub-7085-9

Titelangaben

Steiner, Carsten ; Hagen, Gunter ; Kogut, Iurii ; Fritze, Holger ; Moos, Ralf:
Analysis of defect mechanisms in nonstoichiometric ceria-zirconia by the microwave cavity perturbation method.
In: Journal of the American Ceramic Society. Bd. 106 (2023) Heft 5 . - S. 2875-2892.
ISSN 1551-2916
DOI der Verlagsversion: https://doi.org/10.1111/jace.18938

Volltext

[thumbnail of Journal of the American Ceramic Society - 2022 - Steiner - Analysis of defect mechanisms in nonstoichiometric ceria.pdf]
Format: PDF
Name: Journal of the American Ceramic Society - 2022 - Steiner - Analysis of defect mechanisms in nonstoichiometric ceria.pdf
Version: Veröffentlichte Version
Verfügbar mit der Lizenz Creative Commons BY-NC 4.0: Namensnennung, nicht kommerziell
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Angaben zu Projekten

Projekttitel:
Offizieller Projekttitel
Projekt-ID
In-situ-Verfahren zur Bestimmung hoher Sauerstoffdefizite in Cer-Zirkon-Mischoxiden für den Einsatz in der Abgasnachbehandlung
MO 1060/29-1

Projektfinanzierung: Deutsche Forschungsgemeinschaft

Abstract

In this microwave study, the defect chemistry of ceria–zirconia solid solutions (CZO, Ce1−yZryO2−δ) was investigated at high temperatures by a resonant microwave method. Specifically, the effects of temperature and Zr content on the dielectric properties and defect chemistry mechanisms in CZO were analyzed. Experiments were performed on a series of different CZO powders (y = 0.2, 0.33, 0.50, 0.67). Measurements at 600°C and different oxygen partial pressures (pO2 = 10−26–0.2 bar) confirm a dominant n-type conduction of small-polarons in CZO due to the preferred formation of oxygen vacancies, which is also supported by a multimodal analysis. Polarization losses were found to be negligible in the GHz range. Furthermore, an increased relative permittivity was observed in CZO, which correlates with the concentration of oxygen vacancies in CZO. Our microwave study is the first to provide a comprehensive data set for the dielectric properties of CZO powder sample in a wide range of different conditions. In addition, the connection of dielectric properties to CZO defect chemistry mechanisms is presented. The results are in good agreement with findings in the literature and may contribute to a better understanding of microwave-based state diagnosis of CZO-based materials, as it discussed for three-way catalysts.

Weitere Angaben

Publikationsform: Artikel in einer Zeitschrift
Keywords: ceria, defect chemistry; dielectric properties; exhaust gas aftertreatment; oxygen vacancies; quality factor; resonant frequency; small polaron hopping mechanism
Themengebiete aus DDC: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften
Institutionen der Universität: Fakultäten > Fakultät für Ingenieurwissenschaften
Fakultäten > Fakultät für Ingenieurwissenschaften > Lehrstuhl Funktionsmaterialien > Lehrstuhl Funktionsmaterialien - Univ.-Prof. Dr.-Ing. Ralf Moos
Profilfelder > Advanced Fields > Neue Materialien
Forschungseinrichtungen > Zentrale wissenschaftliche Einrichtungen > Bayreuther Materialzentrum - BayMAT
Forschungseinrichtungen > Forschungsstellen > BERC - Bayreuth Engine Research Center
Fakultäten
Fakultäten > Fakultät für Ingenieurwissenschaften > Lehrstuhl Funktionsmaterialien
Profilfelder
Profilfelder > Advanced Fields
Forschungseinrichtungen
Forschungseinrichtungen > Zentrale wissenschaftliche Einrichtungen
Forschungseinrichtungen > Forschungsstellen
Sprache: Englisch
Titel an der UBT entstanden: Ja
URN: urn:nbn:de:bvb:703-epub-7085-9
Eingestellt am: 12 Jul 2023 07:04
Letzte Änderung: 12 Jul 2023 09:31
URI: https://epub.uni-bayreuth.de/id/eprint/7085

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