YSB-Ag复合电极在氧传感器中的应用

　　氧化钇稳定氧化锆(Yttria stabilized zirconia,YSZ)氧传感器具有较好的测氧灵敏度和化学稳定性，已经广泛应用于燃烧控制、气氛控制和尾气排放控制等诸多领域，在环境保护方面发挥着举足轻重的作用^[1,2]。氧敏电极是氧传感器陶瓷探头的重要组成部分，由于只有在电极/空气/YSZ 三相界面处才能发生电化学反应，因此氧敏电极的性能受到电极材料、多孔结构和YSZ 陶瓷基体等方面的影响。目前金属Pt作为氧传感器的电极材料得到了广泛应用，但是它的低温极化问题易造成传感器的氧敏特性下降[3]，因而这种电极材料一般只能在高温工作。此外，Pt 在有机气氛中容易中毒[4]，且成本很高，因此开发一种优质的、具有低温响应特性的新型电极材料具有重要意义。

　　Bi₂O₃具有α、β、γ 和δ 四种相[5]，其中δ-Bi₂O₃以立方萤石结构存在，含25%的氧离子空位，具有很高的离子电导率。由于在730 ℃时，Bi₂O₃会由高温时的δ 相转变为α 相，因此在实际应用过程中，一般采用Y₂O₃稳定δ-Bi₂O₃的结构，使其高温相能稳定到室温，从而具有一定的低温工作特性。当Y₂O₃的含量为25%(即 Y_0.25Bi₀.₇₅O_1.5)时，YSB 电极表现出较好的离子电导特性^[6,7]。但是YSB 电极应用于氧传感器，电阻仍然较大，不利于氧传感器输出信号的辨别。因此，笔者引入适量具有优良导电性能和一定氧敏催化活性的金属Ag，与YSB 电极进行复合，通过研究YSB-Ag 复合电极材料的电阻及氧敏响应特性来探索这种电极材料在氧传感器中的应用可行性。

　　1 实验

　　将Bi2O3溶于浓硝酸后，在60~80 ℃水浴中，按比例加入Y(NO3)3，充分搅拌混合均匀，缓慢加入1 mol/L 的乙酸溶液，反应完全后，经抽滤、洗涤、干燥，并于600~800 ℃热处理得到Y_0.25Bi₀.₇₅O_1.5(YSB)粉体。

　　将制得的YSB 粉体与市售银电极浆料按1:(0.5~4.0)质量比混合，并添加适量高温粘结剂和有机溶剂得到复合电极浆料。采用丝网印刷法涂覆在氧化钇稳定氧化锆 (YSZ)电解质片两侧，经800~1 000 ℃热处理形成YSB-Ag 复合电极膜层，得到氧传感器器件。同时另外采用规格为MC — Pt 900 的Pt 浆制备电极，得到氧传感器器件。

　　利用如图1 所示的自制氧敏信号测试设备对氧传感器氧敏性能进行测试，检测不同温度下氧传感器在模拟气体中的氧敏电势，以及当模拟气体从两侧平衡状态转换为贫氧状态时的氧敏响应时间。同时，利用电位计和电阻计分别检测氧传感器在不同温度下的电势值和电阻值。