氧气是一种重要的工业原料,在冶金、能源、化工、航空航天等领域都有着广泛的应用,2015年全球氧气需求达2055亿立方米,并且以每年6%的速度快速增长。化学链空气分离制氧技术相对于传统的制氧技术在投资、运行维护等方面具有成本低、能耗低、工艺简单等优势,其理论能耗是现有最先进低温精馏制氧技术的26%,该技术不仅具备纯氧生产能力,同时也能按照工业生产的实际需求制取富氧气体,具有广阔的发展前景。化学链空气分离制氧技术利用载氧体的氧吸附反应和氧还原反应实现连续制氧,类钙钛矿化合物YBaCo4O7+δ在中低温下具有吸释氧能力,是一种优良的载氧体。本文选取镧系元素Ce、Pr、Dy和过渡金属元素Ti对YBaCo4O7+δ中的Y位元素进行掺杂改性,选取过渡金属元素Cr、Mn对YBaCo4O7+δ进行Co位元素掺杂改性,在此基础上,选取了单掺杂样品里面中低温吸释氧量有明显提升的元素(Ti、Dy、Zr、Tb)进行Y位双元素掺杂,同时利用TG实验建立了 YBaCo4O7+δ载氧体及掺杂样品的动力学反应模型。在元素掺杂改性的研究中发现Ce元素掺杂Y位时,样品中出现杂相,中低温吸释氧量小于未掺杂的YBaCo4O7+δ载氧体;Pr元素掺杂Y位时,当掺杂比例大于50%时,样品的主相为 112 相(Y0.25Pr0.75BaCo2O5、YPrBaCo2O5),当 x=0.75,Y0.25Pr0.75BaCo4O7的吸释氧量最大,非化学计量氧δ值为0.909。Dy元素与Y元素离子半径相近,具有极好的相容性,可有效提高YBaCo4O7+δ载氧体的中低温吸释氧量,随着掺杂比例的提高,样品的非化学计量氧δ值增大,当x=1时,δ值=1.19。Ti元素掺杂Y位时,在掺杂极限内,样品的中低温吸释氧量提高,当x=0.05时,Y0.95Ti0.05BaCo4O7样品的非化学计量氧δ值最大,为1.05。Cr与Mn元素掺杂Co位,掺杂比例较小时,样品中形成了纯净的114相,中低温吸释氧量变化不大,当掺杂比例提高时,样品中出现大量杂相,非化学计量氧量降低。以Dy、Ti元素掺杂Y位时,样品中形成了纯净的、稳定的Y、Ti、Dy三系元素组成的Y0.2Ti0.05Dy0.75BaCo4O7,样品的非化学计量氧量δ=1.07,相对于纯YBaCo4O7+δ载氧体的吸释氧能力提升了 18%。元素掺杂会改变YBaCo4O7+δ载氧体晶粒的大小、形状、表面光滑程度等,掺杂元素离子半径越大,越容易形成直径更大的晶粒,杂相晶粒的存在抑制YBaCo4O7+δ晶粒的长大。通过热重实验建立了YBaCo4O7+δ及单掺杂样品Y0.95Ti0.05BaCo4O7、双掺杂样品Y0.2Ti0.05Dy0.75BaCo4O7的吸氧和释氧反应动力学模型,结果表明不同掺杂元素及比例不会改变载氧体吸氧反应和释氧反应的机理,该类载氧体吸氧和释氧反应过程都属于形核与核成长模型,积分表达式为G(α)=[-ln(1-α)]1/n,吸氧反应的反应级数在0.48～0.5之间,释氧反应的反应级数在0.89～1.06之间。