专利名称：催化膜反应器的制作方法
技术领域：
本发明的主题是用于进行电化学反应的固态新型催化膜反应器。
用于进行电化学反应的固态催化膜反应器或CMR必须总体上具有下列性质-其必须能够催化作为其设计用途的化学反应；-其必须表现出离子、电子或混合传导性能，以实现所述反应所需的电化学转化；和-其在所用的操作条件下必须稳定。
如果是将甲烷重整成合成气的反应所用的CMR，则被称作催化不完全氧化或CPO的主化学反应是CH4+1/2 O2→2H2+CO，任选在蒸汽甲烷重整或SMR副反应方法受到水分子加入还原流(天然气)的干扰。这些反应——主反应和副反应——在600℃至1100℃、优选650℃至1000℃的温度和大气压至40巴(40×105帕)、优选10巴(104帕)至35巴(35×105帕)的压力下进行。
CMR通常至少包括(i)多孔支撑体，其为该系统提供机械完整性；(ii)致密膜(M)，被称作活性膜，其由所述多孔支撑体支撑，并且是混合的电子/O2-阴离子混合型导体；和(iii)催化相(C)，其为沉积在所述致密膜表面上的多孔层形式，或为位于陶瓷膜之间的各种几何形状(例如杆状或球体)的催化剂形式，或为二者的组合。
在这种反应器中，厚多孔支撑层必须为整个系统提供足够的机械完整性，必须支撑致密膜，且必须使空气的气态分子可扩散直达膜表面，并能够确保空气的氧被离解成各种离子和/或自由基(O2-、Oads、O、O-、O2-、O22-，等等)；薄致密膜必须对任何气体扩散完全不可透，必须在某些温度、气氛和分压条件下允许氧化物的离子扩散，必须在氧化介质和在还原介质(重整催化剂侧)中稳定，且必须可能在表面上表现出使氧还原成O2-离子和/或将O2-离子氧化成分子氧的性质；重整催化剂(薄多孔层)必须加速催化天然气重整反应，并可能促进离子和/或自由基(O2-、Oads、O、O-、O2-、O22-，等等)重组成分子氧(O2)。
由陶瓷材料制成的CMRs能够通过氧以离子形式扩散透过致密陶瓷材料而从空气中分离该氧，并实现氧和/或O2-、Oads、O、O-、O2-或O22-型物质与天然气(主要是甲烷)在膜的催化表面位点上的化学反应。通过GTL(气至液)法将合成气转化成液体燃料要求反应物H2/CO的摩尔比为2。现在，通过使用CMR的方法可以直接使这种摩尔比为2。
用在CMR中的材料的最有前景的类型是具有衍生自钙钛矿的晶体结构的氧化物。钙钛矿是具有晶体结构的式CaTiO3的矿物，在其晶体结构中，晶胞是顶点被Ca2+阳离子占据、中心被Ti4+阳离子占据且其表面的中心被O2-氧阴离子占据的管。这种结构通过X-射线衍射法(XRD)得到确认。作为延伸，术语“钙钛矿”或“钙钛矿型化合物”适用于通式ABO3的任何化合物，其中A和B代表金属阳离子，其电荷总数等于+6，且其晶胞具有上述结构。
Teraoka最先证实了某些钙钛矿材料(例如式La1-xSrxCo1-yFeyO3-δ的材料)的混合传导性质，即电子传导(电子传导率σθ-)和氧离子传导(离子传导率σO2-)[Teraoka等人；Mat.Res.Bull.，23，(1988)51-58]。式A1-xA’xB1-yB’yO3-δ的化合物的这种混合传导归因于三价元素A被二价元素A’取代(这促成材料中的缺氧)，和元素B或B’改变价态的能力。
Gellings和Bouwmeester已经证实，钙钛矿结构的致密膜在高于700℃的温度承受氧分压差时是半透氧的。这些操作条件(温度、气氛、压力)是CPO(催化不完全氧化)反应的那些条件。这些膜因此可用作CMRs[Gellings和Bouwmeester；Catal.Today，12(1992)1-105]。
美国专利US 6214757、US 5911860、US 6165431和US 5648304公开了表现出混合传导性的具有钙钛矿或棕针镍矿结构的材料，以及它们作为催化膜反应器的用途。
如果希望实现工业规模的合成气生产，催化反应器必须高度透氧。如今，透过膜的氧通量与膜厚度成反比。因此，必须使这种致密膜的厚度最小化，通常小至低于300微米且优选低于200微米。
除了其机械作用外，CMR的多孔支撑层也可以是“活性的”，也就是说，其可以具有混合传导性质，这改进了气态氧与离子氧之间的表面交换动力学并因此增大透过膜的氧通量。在这种情况下，多孔支撑层不仅起到机械作用还起到将空气中的氧还原成氧离子(O2-)的催化作用。
由各层(催化层、致密层和多孔层)的排列和厚度、它们的微结构、孔隙分布和粒度确定的CMR的构造也对氧通量具有影响。CMR的构造/微结构也对该系统在操作条件下的稳定性具有影响。术语“稳定性”被理解为是指热机械性质、蠕变和降解现象，尤其例如界面剥离。
美国专利US 4791079和US 4827071公开了包含与致密膜相联的具有催化活性的多孔支撑层的CMR的概念。
美国专利US 5240480公开了混合导体多层体的数种构造，其包含与多孔层相联的致密层，多孔层的孔隙不超过10微米大小，这两层是活性的，也就是说，它们由具有混合传导性质的氧化物构成，多孔层可以具有离散或连续的孔隙率梯度。可以在活性多孔层上附着非活性多孔支撑层。
美国专利US 6368383公开了膜的一种特定构造，即其包含致密层、至少一层相邻的活性多孔层和至少一层非活性多孔支撑层。该发明通过规定对透过这种膜的氧通量而言最佳的孔径大小/多孔层厚度配对，证实了活性多孔层的厚度和微结构的影响。
美国专利公开了制造致密/多孔双层体的方法，或者是如US 5391440和US 6638575所公开的等离子体沉积，如US 5439706所公开的CVD沉积，还是如US 5683797所公开的在陶瓷粒子悬浮液中浸渍多孔体。
除了具有高的氧通量外，CMR必须确保(i)大约2的H2/CO比率，和(ii)出自CPO反应的CO相对于CO2的选择性(由天然气与氧的完全燃烧生成的产物)。某些催化剂能够更促进不完全氧化反应超过其它反应(主要是完全燃烧)——它们尤其是下列金属铂、钯、金、银、铑和镍，以及它们各自的氧化物或它们各自氧化物的混合物。CMR因此可以具有直接沉积在致密层上、或沉积在位于CPO催化剂与致密膜之间的中间多孔层上的催化材料层。在美国专利US 5534471和US 5569633中已经公开了各种CMR构造。这些专利中所述的膜包含一方面被多孔支撑层围绕、另一方面被催化材料围绕的致密混合导体层，或一方面被催化层围绕、另一方面被致密层围绕、且随后可能被多孔支撑层围绕的多孔混合导体层。多孔支撑层也可以是活性的(充当氧还原催化剂)但它们不必具有钙钛矿结构。催化剂优选为沉积在相邻层上的金属或金属氧化物。
在美国专利US 5938822中描述了其它CMR构造，其包含一层或多层薄多孔层，其沉积在致密膜的一个或多个表面上以改进表面反应动力学。致密层可以是由混合导体材料和由改进基体的机械和催化性能或烧结性能的另一材料制成的复合材料。所沉积的多孔材料与基体相同。可为这种特定构造补充用于改进多层体结构稳定性的具有不确定性质的多孔支撑层。
美国专利US 6514314公开了材料的特定选择，多孔支撑层以这些材料为特征，具有离子传导性质和混合传导性质。它同样具有由薄致密层构成的构造，该致密层沉积在具有离散孔隙率梯度的多孔支撑层上。
美国专利US 6565632公开了构成CMR管内部的管式整体结构，其特征在于(i)外部催化多孔层；(ii)薄致密膜；和(iii)陶瓷多孔“柱”或多孔支撑层(骨架)。
因此，本专利申请的发明人已经设法开发CMR的一种特定构造，其可以定义为是具有性质梯度的多层膜，其各层的大部分组成材料具有钙钛矿型晶体结构。这种特定CMR从化学角度看以构成各个层的陶瓷化合物的化学连续性为特征；术语“化学连续性”被理解为是指直接相连的层的化合物的表达式中存在至少两种相同的阳离子。以上定义的反应器被称作PCMR(钙钛矿催化膜反应器)。
因此，本发明的主题是以具有类似化学性质的材料的叠加层为基础的有序组件，其特征在于其包含或者(a)-厚度为ED1的致密层(CD1)，其孔隙率不超过5体积％，所述致密层(CD1)由材料(AD1)构成，该材料包含，以其体积为100％计(i)-至少75体积％和至多100体积％的式(I)的化合物(C1)，该化合物选自在使用温度为具有钙钛矿相氧化物离子空位的晶格形式的掺杂陶瓷氧化物Mα1-x-uMα′xMα″uMβ1-y-vMβ′yMβ″vO3-w(I)其中-Mα代表选自钪、钇或选自镧系、锕系或碱土金属族的原子；-Mα′与Mα不同，代表选自钪、钇或选自镧系、锕系或碱土金属族的原子；-Mα″与Mα和Mα′不同，代表选自铝(Al)、镓(Ga)、铟(In)、铊(Tl)或选自碱土金属族的原子；-Mβ代表选自过渡金属的原子；-Mβ′与Mβ不同，代表选自过渡金属、铝(Al)、铟(In)、镓(Ga)、锗(Ge)、锑(Sb)、铋(Bi)、锡(Sn)、铅(Pb)或钛(Ti)的原子；-Mβ″与Mβ和Mβ′不同，代表选自过渡金属、碱土族金属、铝(Al)、铟(In)、镓(Ga)、锗(Ge)、锑(Sb)、铋(Bi)、锡(Sn)、铅(Pb)或钛(Ti)的原子；-0＜x≤0.5；-0≤u≤0.5；-(x+u)≤0.5；-0≤y≤0.9；-0≤v≤0.9；0≤(y+v)≤0.9；且-w使得所述结构是电中性的；(ii)-任选地，最多达25体积％的化合物(C2)，其与化合物(C1)不同，选自氧化物型材料，例如氧化硼、氧化铝、氧化镓、二氧化铈、二氧化硅、二氧化钛、氧化锆、氧化锌、氧化镁或氧化钙，优选选自氧化镁(MgO)、氧化钙(CaO)、氧化铝(Al2O3)、氧化锆(ZrO2)、二氧化钛(TiO2)或二氧化铈(CeO2)；锶-铝混合氧化物SrAl2O4或Sr3Al2O6；钡-钛混合氧化物(BaTiO3)；钙-钛混合氧化物(CaTiO3)；铝和/或镁硅酸盐，例如富铝红柱石(2SiO2.3Al2O3)、堇青石(Mg2Al4Si5O18)或尖晶石相MgAl2O4；钙-钛混合氧化物(CaTiO3)；钙的磷酸盐及其衍生物，例如羟磷灰石Ca10(PO4)6(OH)2或磷酸三钙Ca3(PO4)2；或钙钛矿型材料，例如La0.5Sr0.5Fe0.9Ti0.1O3-δ、La0.6Sr0.4Fe0.9Ga0.1O3-δ、La0.5Sr0.5Fe0.9Ga0.1O3-δ或La0.6Sr0.4Fe0.9Ti0.1O3-δ；或选自非氧化物型材料，优选选自碳化物或氮化物，例如碳化硅(SiC)、氮化硼(BN)、氮化铝(AlN)或氮化硅(Si3N4)、“铝氧氮化硅”(SiAlON)；或选自镍(Ni)、铂(Pt)、钯(Pd)、或铑(Rh)；这些各种类型材料的金属合金或混合物；和(iii)-任选地，最多达2.5体积％的化合物(C1-2)，其由至少一种下式所示的化学反应制成xFC1+yFC2→zFC1-2，在该公式中，FC1、FC2和FC1-2代表化合物(C1)、(C2)和(C1-2)各自的原式(raw formulae)，且x、y和z代表大于或等于0的有理数；(b)-与所述致密层(CD1)相邻的厚度为EP1的多孔层(CP1)，其体积孔隙率为20％至80％，所述多孔层(CP1)由材料(AP1)构成，该材料包含，以其体积为100％计(i)-至少75体积％和至多100体积％的式(II)的化合物(C3)，该化合物选自在使用温度为具有钙钛矿相氧化物离子空位的晶格形式的掺杂陶瓷氧化物Mγ1-x-uMγ′xMγ″uMδ1-y-vMδ′yMδ″vO3-w(II)其中-Mγ代表选自钪、钇或选自镧系、锕系或碱土金属族的原子；-Mγ′与Mγ不同，代表选自钪、钇或选自镧系、锕系或碱土金属族的原子；-Mγ″与Mγ和Mγ′不同，代表选自铝(Al)、镓(Ga)、铟(In)、铊(Tl)或选自碱土金属族的原子；-Mδ代表选自过渡金属的原子；-Mδ′与Mδ不同，代表选自过渡金属、铝(Al)、铟(In)、镓(Ga)、锗(Ge)、锑(Sb)、铋(Bi)、锡(Sn)、铅(Pb)或钛(Ti)的原子；-Mδ″与Mδ和Mδ′不同，代表选自过渡金属、碱土族金属、铝(Al)、铟(In)、镓(Ga)、锗(Ge)、锑(Sb)、铋(Bi)、锡(Sn)、铅(Pb)或钛(Ti)的原子；-0＜x≤0.5；-0≤u≤0.5；-(x+u)≤0.5；-0≤y≤0.9；-0≤v≤0.9；-0≤(y+v)≤0.9；且-w使得所述结构是电中性的；(ii)-任选地，最多达25体积％的化合物(C4)，其与化合物(C3)不同，选自氧化物型材料，例如氧化硼、氧化铝、氧化镓、二氧化铈、二氧化硅、二氧化钛、氧化锆、氧化锌、氧化镁或氧化钙，优选选自氧化镁(MgO)、氧化钙(CaO)、氧化铝(Al2O3)、氧化锆(ZrO2)、二氧化钛(TiO2)或二氧化铈(CeO2)；锶-铝混合氧化物SrAl2O4或Sr3Al2O6；钡-钛混合氧化物(BaTiO3)；钙-钛混合氧化物(CaTiO3)；铝和/或镁硅酸盐，例如富铝红柱石(2SiO2.3Al2O3)、堇青石(Mg2Al4Si5O18)或尖晶石相MgAl2O4；钙-钛混合氧化物(CaTiO3)；钙的磷酸盐及其衍生物，例如羟磷灰石Ca10(PO4)6(OH)2或磷酸三钙Ca3(PO4)2；或钙钛矿型材料，例如La0.5Sr0.5Fe0.9Ti0.1O3-δ、La0.6Sr0.4Fe0.9Ga0.1O3-δ、La0.5Sr0.5Fe0.9Ga0.1O3-δ或La0.6Sr0.4Fe0.9Ti0.1O3-δ；或选自非氧化物型材料，优选选自碳化物或氮化物，例如碳化硅(SiC)、氮化硼(BN)、氮化铝(AlN)或氮化硅(Si3N4)、“铝氧氮化硅”(SiAlON)；或选自镍(Ni)、铂(Pt)、钯(Pd)、或铑(Rh)；这些各种类型材料的金属合金或混合物；和(iii)-任选地，最多达2.5体积％的化合物(C3-4)，其由至少一种下式所示的化学反应制成xFC3+yFC4→zFC3-4，在该公式中，FC3、FC4和FC3-4代表化合物(C3)、(C4)和(C3-4)各自的原式，且x、y和z代表大于或等于0的有理数；(c)和催化层(CC1)，其能够促进甲烷被气态氧不完全氧化成一氧化碳和氢的反应，所述催化层(CC1)的厚度为EC1，体积孔隙率为20％至80％，与所述致密层(CD1)相邻并由材料(AC1)构成，该材料包含，以其体积为100％计(i)-至少10体积％和至多100体积％的式(III)的化合物(C5)，该化合物选自在使用温度为具有钙钛矿相氧化物离子空位的晶格形式的掺杂陶瓷氧化物Mε1-x-uMε′xMε″uMη1-y-vMη′yMη″vO3-w(III)其中-Mε代表选自钪、钇或选自镧系、锕系或碱土金属族的原子；-Mε′与Mε不同，代表选自钪、钇或选自镧系、锕系或碱土金属族的原子；-Mε″与Mε和Mε′不同，代表选自铝(Al)、镓(Ga)、铟(In)、铊(Tl)或选自碱土金属族的原子；-Mη代表选自过渡金属的原子；-Mη′与Mη不同，代表选自过渡金属、铝(Al)、铟(In)、镓(Ga)、锗(Ge)、锑(Sb)、铋(Bi)、锡(Sn)、铅(Pb)或钛(Ti)的原子；-Mη″与Mη和Mη′不同，代表选自过渡金属、碱土族金属、铝(Al)、铟(In)、镓(Ga)、锗(Ge)、锑(Sb)、铋(Bi)、锡(Sn)、铅(Pb)或钛(Ti)的原子；-0＜x≤0.5；
-0≤u≤0.5；-(x+u)≤0.5；-0≤y≤0.9；-0≤v≤0.9；-0≤(y+v)≤0.9；且-w使得所述结构是电中性的；(ii)-任选地，最多达90体积％的化合物(C6)，其与化合物(C5)不同，选自镍(Ni)、铁(Fe)、钴(Co)、钯(Pd)、铂(Pt)、铑(Rh)、钌(Ru)或这些金属的混合物，任选地，以所述金属或金属混合物的0.1重量％至60重量％的量沉积在氧化物或非氧化物陶瓷载体上，所述陶瓷载体选自氧化物型材料，例如氧化硼、氧化铝、二氧化铈、二氧化硅、二氧化钛、氧化锆、氧化锌、氧化镁或氧化钙，优选选自氧化镁(MgO)、氧化钙(CaO)、氧化铝(Al2O3)、氧化锆(ZrO2)、二氧化钛(TiO2)或二氧化铈(CeO2)；铝和/或镁硅酸盐，例如富铝红柱石(2SiO2.3Al2O3)、堇青石(Mg2Al4Si5O18)或尖晶石相MgAl2O4；钙-钛混合氧化物(CaTiO3)或钙-铝混合氧化物(CaAl12O19)；钙的磷酸盐及其衍生物，例如羟磷灰石Ca10(PO4)6(OH)2或磷酸三钙Ca3(PO4)2；或钙钛矿型材料，例如La0.5Sr0.5Fe0.9Ti0.1O3-δ、La0.6Sr0.4Fe0.9Ga0.1O3-δ、La0.5Sr0.5Fe0.9Ga0.1O3-δ或La0.6Sr0.4Fe0.9Ti0.1O3-δ；或选自非氧化物型材料，优选选自碳化物或氮化物，例如碳化硅(SiC)、氮化硼(BN)、氮化铝(AlN)或氮化硅(Si3N4)、“铝氧氮化硅”(SiAlON)；(iii)-任选地，最多达2.5体积％的化合物(C5-6)，其由至少一种下式所示的化学反应制成xFC5+yFC6→zFC5-6，在该公式中，FC5、FC6和FC5-6代表化合物(C5)、(C6)和(C5-6)各自的原式，且x、y和z代表大于或等于0的有理数；由此构成由三层连续层{(CC1)、(CD1)、(CP1)}构成的组件E1，其中-化合物(C1)中实际存在的化学元素Mα、Mα′、Mα″、Mβ、Mβ′或Mβ″中的至少两种与化合物(C5)中实际存在的化学元素Mε、Mε′、Mε″、Mη、Mη′或Mη″中的两种相同；-化合物(C1)中实际存在的化学元素Mα、Mα′、Mα″、Mβ、Mβ′或Mβ″中的至少一种与化合物(C5)中实际存在的化学元素Mε、Mε′、Mε″、Mη、Mη′或Mη″中的一种不同；-化合物(C1)中实际存在的化学元素Mα、Mα′、Mα″、Mβ、Mβ′或Mβ″中的至少两种与化合物(C3)中实际存在的化学元素Mγ、Mγ′、Mγ″、Mδ、Mδ′或Mδ″中的两种相同；-化合物(C1)中实际存在的化学元素Mα、Mα′、Mα″、Mβ、Mβ′或Mβ″中的至少一种与化合物(C3)中实际存在的化学元素Mγ、Mγ′、Mγ″、Mδ、Mδ′或Mδ″中的一种不同；或者(a)-如上定义的厚度为ED1的致密层(CD1)；(b)-如上定义的与所述致密层(CD1)相邻的厚度为EP1的多孔层(CP1)；(c)-如上定义的厚度为EC1的催化层(CC1)；和(d)-插在所述催化层(CC1)和所述致密层(CD1)之间的厚度为EP2的第二多孔层(CP2)，其体积孔隙率为20％至80％，所述多孔层(CP2)由材料(AP2)构成，该材料包含，以其体积为100％计(i)-至少75体积％和至多100体积％的式(IV)的化合物(C7)，该化合物选自在使用温度为具有钙钛矿相氧化物离子空位的晶格形式的掺杂陶瓷氧化物Mθ1-x-uMθ′xMθ″uMκ1-y-vMκ′yMκ″vO3-w(IV)其中-Mθ代表选自钪、钇或选自镧系、锕系或碱土金属族的原子；
-Mθ′与Mθ不同，代表选自钪、钇或选自镧系、锕系或碱土金属族的原子；-Mθ″与Mθ和Mθ′不同，代表选自铝(Al)、镓(Ga)、铟(In)、铊(Tl)或选自碱土金属族的原子；-Mκ代表选自过渡金属的原子；-Mκ′与Mκ不同，代表选自过渡金属、铝(Al)、铟(In)、镓(Ga)、锗(Ge)、锑(Sb)、铋(Bi)、锡(Sn)、铅(Pb)或钛(Ti)的原子；-Mκ″与Mκ和Mκ′不同，代表选自过渡金属、碱土族金属、铝(Al)、铟(In)、镓(Ga)、锗(Ge)、锑(Sb)、铋(Bi)、锡(Sn)、铅(Pb)或钛(Ti)的原子；-0＜x≤0.5；-0≤u≤0.5；-(x+u)≤0.5；-0≤y≤0.9；-0≤v≤0.9；-0≤(y+v)≤0.9；且-w使得所述结构是电中性的；(ii)-任选地，最多达25体积％的化合物(C8)，其与化合物(C7)不同，选自氧化物型材料，例如氧化硼、氧化铝、氧化镓、二氧化铈、二氧化硅、二氧化钛、氧化锆、氧化锌、氧化镁或氧化钙，优选选自氧化镁(MgO)、氧化钙(CaO)、氧化铝(Al2O3)、氧化锆(ZrO2)、二氧化钛(TiO2)或二氧化铈(CeO2)；锶-铝混合氧化物SrAl2O4或Sr3Al2O6；钡-钛混合氧化物(BaTiO3)；钙-钛混合氧化物(CaTiO3)；铝和/或镁硅酸盐，例如富铝红柱石(2SiO2.3Al2O3)、堇青石(Mg2Al4Si5O18)或尖晶石相MgAl2O4；钙-钛混合氧化物(CaTiO3)；钙的磷酸盐及其衍生物，例如羟磷灰石Ca10(PO4)6(OH)2或磷酸三钙Ca3(PO4)2；或钙钛矿型材料，例如La0.5Sr0.5Fe0.9Ti0.1O3-δ、La0.6Sr0.4Fe0.9Ga0.1O3-δ、La0.5Sr0.5Fe0.9Ga0.1O3-δ或La0.6Sr0.4Fe0.9Ti0.1O3-δ；或选自非氧化物型材料，优选选自碳化物或氮化物，例如碳化硅(SiC)、氮化硼(BN)、氮化铝(AlN)或氮化硅(Si3N4)、“铝氧氮化硅”(SiAlON)；或选自镍(Ni)、铂(Pt)、钯(Pd)、或铑(Rh)；这些各种类型材料的金属合金或混合物；和(iii)-任选地，最多达2.5体积％的化合物(C7-8)，其由至少一种下式所示的化学反应制成xFC7+yFC8→zFC7-8，在该公式中，FC7、FC8和FC7-8代表化合物(C7)、(C8)和(C7-8)各自的原式，且x、y和z代表大于或等于0的有理数；由此构成由四层连续层{(CC1)、(CP2)、(CD1)、(CP1)}构成的组件E2，其中-化合物(C7)中实际存在的化学元素Mθ、Mθ′、Mθ″、Mκ、Mκ′或Mκ″中的至少两种与化合物(C5)中实际存在的化学元素Mε、Mε′、Mε″、Mη、Mη′或Mη″中的两种相同；-化合物(C7)中实际存在的化学元素Mθ、Mθ′、Mθ″、Mκ、Mκ′或Mκ″中的至少一种与化合物(C5)中实际存在的化学元素Mε、Mε′、Mε″、Mη、Mη′或Mη″中的一种不同；-化合物(C1)中实际存在的化学元素Mα、Mα′、Mα″、Mβ、Mβ′或Mβ″中的至少两种与化合物(C7)中实际存在的化学元素Mθ、Mθ′、Mθ″、Mκ、Mκ′或Mκ″中的两种相同；-化合物(C1)中实际存在的化学元素Mα、Mα′、Mα″、Mβ、Mβ′或Mβ″中的至少一种与化合物(C7)中实际存在的化学元素Mθ、Mθ′、Mθ″、Mκ、Mκ′或Mκ″中的一种不同；-化合物(C1)中实际存在的化学元素Mα、Mα′、Mα″、Mβ、Mβ′或Mβ″中的至少两种与化合物(C3)中实际存在的化学元素Mγ、Mγ′、Mγ″、Mδ、Mδ′或Mδ″中的两种相同；-化合物(C1)中实际存在的化学元素Mα、Mα′、Mα″、Mβ、Mβ′或Mβ″中的至少一种与化合物(C3)中实际存在的化学元素Mγ、Mγ′、Mγ″、Mδ、Mδ′或Mδ″中的一种不同。
在如上定义的组件中，致密层CD1的厚度ED1小于或等于500微米，更特别小于或等于300微米，优选小于或等于250微米。该厚度ED1还通常大于或等于10微米，优选大于或等于50微米。
多孔层CP1的厚度EP1，和如果适当，多孔层CP2的厚度EP2，小于或等于104微米，优选小于或等于5×103微米。这些厚度通常大于或等于10微米，优选大于或等于500微米。
催化层CC1的厚度EC1小于或等于104微米，更特别小于或等于103微米，优选小于或等于500微米。这种厚度EC1通常大于或等于1微米，优选大于或等于5微米。
在致密层CD1的定义中，术语“小于或等于5体积％的孔隙率”被理解为是指致密层完全不透气。在这种情况下，孔隙率被说成是“封闭的”(在孔隙之间没有互连)。在是互连开孔孔隙率的情况下，通过水银多孔对称法测量孔隙率，在是封闭孔隙率的情况下，通过使用电子扫描显微术的图象分析或通过密度测量来测量孔隙率。
在多孔层CP1和CP2和催化层CC1的定义中，措辞“20％至80％的体积孔隙率”被理解为是指，在烧结之后，该材料进行水银多孔对称测量法，其结果显示出20％至80％的孔隙率值(在这种情况下，是互连开孔孔隙率)。这种水银多孔对称分析辅以通过电子扫描显微术获得的显微照片的图象分析。
优选地，多孔层CP1和CP2的总开孔孔隙率为30％至70％。
孔径大小(直径)为0.1微米至50微米，优选0.1至20微米。
优选地，催化层CC1具有不低于30％且不超过50％的孔隙率。
在催化层CC1中，孔径大小为0.1微米至50微米，优选0.1微米至20微米。
在如上定义的有序组件中，材料(AD1)、(AP1)、(AC1)和(AP2)中分别任选存在的化合物(C2)、(C4)、(C6)和(C8)的晶粒是各向等大的，直径为0.1微米至5微米，优选小于1微米；材料(AD1)、(AP1)、(AC1)和(AP2)中分别任选存在的化合物(C1-2)、(C3-4)、(C5-6)和(C7-8)的体积比例更特别小于或等于1.5％，更特别小于或等于0.5体积％。通常，如果主要材料与分散体之间的化学反应性低，则它们趋向于0。
在如上定义的以具有类似化学性质的材料的叠加层为基础的有序组件中，材料(AD1)、(AP1)、(AC1)和(AP2)中任选存在的化合物(C2)、(C4)、(C6)和(C8)的体积比例更特别大于或等于0.1且小于或等于10％，优选大于或等于1％且小于或等于5％。
在如上定义的以具有类似化学性质的材料的叠加层为基础的有序组件中，化合物(C1)更特别选自式(Ia)的化合物La1-x-uMα′xMα″uMβ1-y-vMβ′yMβ″vO3-w(Ia)，相当于Mα代表镧原子时的式(I)；选自式(Ib)的化合物Mα1-x-uSr′xMα″uMβ1-y-vMβ′yMβ″vO3-w(Ib)，相当于Mα′代表锶原子时的式(II)；选自式(Ic)的化合物Mα1-x-uMα′xMα″uFe1-y-vMβ′yMβ″vO3-w(Ic)，相当于Mβ代表铁原子时的式(I)；选自式(Id)的化合物Mα1-x-uMα′xMα″uTi1-y-vMβ′yMβ″vO3-w(Id)，相当于Mβ代表钛原子时的式(I)；或者选自式(Ie)的化合物Mα1-x-uMα′xMα″uGa1-y-vMβ′yMβ″vO3-w(Ie)，相当于Mβ代表镓原子时的式(I)。
其中，化合物(C1)优选选自式(If)的化合物La1-x-uSrxMα″uFe1-y-vMβ′yMβ″vO3-w(If)，
相当于Mα代表镧原子、Mα′代表锶原子且Mβ代表铁原子时的式(I)；选自式(Ig)的化合物La1-x-uSrxMα″uTi1-y-vMβ′yMβ″vO3-w(Ig)，相当于Mα代表镧原子、Mα′代表锶原子且Mβ代表钛原子时的式(I)；或者选自式(Ih)的化合物La1-x-uSrxMα″uGa1-y-vMβ′yMβ″vO3-w(Ih)，相当于Mα代表镧原子、Mα′代表锶原子且Mβ代表镓原子时的式(I)；选自式(Ii)的化合物La1-x-uMα′xAluFe1-y-vMβ′yMβ″vO3-w(Ii)，相当于Mα″代表铝原子且Mβ代表铁原子时的式(Ia)；选自式(Ij)的化合物La1-x-uCaxMα″uFe1-y-vMβ′yMβ″vO3-w(Ij)，相当于Mα′代表钙原子且Mβ代表铁原子时的式(Ia)；或者选自式(Ik)的化合物La1-x-uBaxMα″uFe1-y-vMβ′yMβ″vO3-w(Ik)，相当于Mα′代表钡原子且Mβ代表铁原子时的式(Ia)。
在这些化合物中，包括例如下式的那些La1-x-uSrxAluFe1-yTiyO3-w、La1-x-uSrxCauFe1-yTiyO3-w、La1-x-uSrxBauFe1-yTiyO3-w、La1-x-uSrxAluFe1-yGayO3-w、La1-x-uSrxCauFe1-yGayO3-w、La1-x-uSrxBauFe1-yGayO3-w、La1-x-uSrxFe1-yTiyO3-w、La1-x-uSrxFe1-yGayO3-w、La1-x-uSrxCauFeO3-w、La1-uCauFeO3-w或La1-xSrxFeO3-w，其中-0＜x≤0.5；-0≤u≤0.5；-(x+u)≤0.5；-0≤y≤0.9；且
-w使得所述结构是电中性的；更优选为下式的那些La0.6Sr0.4Fe0.9Ga0.1O3-w、La0.7Sr0.3Fe0.9Ga0.1O3-w、La0.8Sr0.2Fe0.7Ga0.3O3-w、La0.7Sr0.3Fe0.7Ga0.3O3-w或La0.5Sr0.5Fe0.9Ti0.1O3-w。
在如上定义的以具有类似化学性质的材料的叠加层为基础的有序组件中，化合物(C3)更特别地选自式(IIa)的化合物La1-x-uMγ′xMγ″uMδ1-y-vMδ′yMδ″vO3-w(IIa)，相当于Mγ代表镧原子时的式(II)；选自式(IIb)的化合物Mγ1-x-uSrxMγ″uMδ1-y-vMδ′yMδ″vO3-w(IIb)，相当于Mα′代表锶原子时的式(II)；或选自式(IIc)的化合物Mγ1-x-uMγ′xMα″uFe1-y-vMδ′yMδ″vO3-w(IIc)，相当于Mδ代表铁原子时的式(II)。
其中，化合物(C3)优选选自式(IId)的化合物La1-x-uSrxMγ″uFe1-y-vMδ′yMδ″vO3-w(IId)，相当于Mγ′代表锶原子且Mδ代表铁原子时的式(IIa)；选自式(IIe)的化合物La1-x-uMγ′xAluFe1-y-vMδ′yMδ″vO3-w(IIe)，相当于Mγ″代表铝原子且Mκ代表铁原子时的式(IIa)。
选自式(IIf)的化合物La1-uSruFe1-yMδ′yO3-w(IIf)，相当于Mγ′代表锶原子、Mδ代表铁原子且x和v等于0时的式(IIa)；选自式(IIg)的化合物
La1-uCauFe1-yMδ′yO3-w(IIg)，相当于Mγ′代表钙原子、Mδ代表铁原子且x和v等于0时的式(IIa)；选自式(IIh)的化合物La1-uBauFe1-yMδ′yO3-w(IIh)，相当于Mγ′代表钡原子、Mδ代表铁原子且x和v等于0时的式(IIa)；选自式(IIi)的化合物La1-x-uSrxCauFe1-y-vMδ′yMδ″vO3-w(IIi)，相当于Mγ″代表钙原子时的式(IId)；或选自式(IIj)的化合物La1-x-uSrxBauFe1-y-vMδ′yMδ″vO3-w(IIi)，相当于Mγ″代表钡原子时的式(IId)；在这些化合物中，有例如下式的化合物La1-xSrxFe1-yGayO3-w、La1-xSrxFe1-yTiyO3-w、La1-xSrxFeO3-w、La1-uCauFe1-yGayO3-w、La1-uCauFe1-yTiyO3-w、La1-uCauFeO3-w、La1-uBauFe1-yGayO3-w、La1-uBauFe1-yTiyO3-w、La1-uBauFeO3-w、La1-x-uSrxAluFe1-yTiyO3-w、La1-x-uSrxCauFe1-yTiyO3-w、La1-x-uSrxBauFe1-yTiyO3-w、La1-x-uSrxAluFe1-yGayO3-w、La1-x-uSrxCauFe1-yGayO3-w、La1-x-uSrxBauFe1-yGayO3-w、La1-xSrxFe1-yTiyO3-w、La1-xSrxFe1-yAlyO3-w、La1-uCauFe1-yTiyO3-w、La1-uBauFe1-yTiyO3-w、La1-xSrxFe1-yGayO3-w、La1-uCauFe1-yGayO3-w、La1-uBauFe1-yGayO3-w、La1-uBauFeO3-w、La1-uCauFeO3-w或La1-xSrxFeO3-w，其中-0＜x≤0.5；-0≤u≤0.5；-(x+u)≤0.5；-0≤y≤0.9；且-w使得所述结构是电中性的；
更优选为下式的那些La0.6Sr0.4Fe0.9Ga0.1O3-w、La0.9Sr0.1Fe0.9Ga0.1O3-w、La0.7Sr0.3Fe0.7Al0.3O3-w、La0.7Sr0.3Fe0.9Ga0.1O3-w、La0.8Sr0.2Fe0.7Ga0.3O3-w、La0.7Sr0.3Fe0.7Ga0.3O3-w、La0.5Sr0.5Fe0.9Ti0.1O3-w、La0.9Sr0.1Fe0.9Ti0.1O3-w、La0.6Sr0.4Fe0.2Co0.8O3-w、La0.7Sr0.3FeO3-w或La0.9Sr0.1Fe0.2Co0.8O3-w。
在如上定义的以具有类似化学性质的材料的叠加层为基础的有序组件中，化合物(C5)更特别选自式(IIIa)的化合物Mε1-x-uMε′xMε″uMη1-y-vNiyRhvO3-w(IIIa)相当于Mη′代表镍原子且Mη″代表铑原子时的式(III)；或选自式(IIIb)的化合物La1-x-uSrxMε″uFe1-y-vMη′yMη″vO3-w(IIIb)相当于Mε代表镧原子、Mε′代表锶原子且Mη代表铁原子时的式(III)。
其中，化合物(C5)优选选自下式的化合物La1-xCexFe1-y-vNiyRhvO3-w、La1-xCexFe1-yNiyO3-w、La1-xSrxFe1-y-vNiyRhvO3-w和La1-xSrxFe1-yNiyO3-w、其中-0＜x≤0.5；-0≤y≤0.9；-0≤v≤0.5；-0≤(y+v)≤0.9；且-w使得所述结构是电中性的；更优选为下式的那些La0.8Ce0.2Fe0.65Ni0.30Rh0.05O3-w、La0.8Ce0.2Fe0.7Ni0.3O3-w、La0.8Sr0.2Fe0.65Ni0.30Rh0.05O3-w、La0.6Sr0.4Fe0.7Ni0.3O3-w和La0.8Sr0.2Fe0.7Ni0.3O3-w。
在如上定义的以具有类似化学性质的材料的叠加层为基础的有序组件中，化合物(C7)更特别地选自式(IVa)的化合物La1-x-uMθ′xMθ″uMκ1-y-vMκ′yMκ″vO3-δ(IVa)，相当于Mθ代表镧原子时的式(IV)；选自式(IVb)的化合物Mθ1-x-uSrxMθ″uMκ1-y-vMκ′yMκ″vO3-δ(IVb)，相当于Mθ′代表锶原子时的式(IV)；或选自式(IVc)的化合物Mθ1-x-uMθ′xMθ″uFe1-y-vMκ′yMκ″vO3-δ(IVc)，相当于Mκ代表铁原子时的式(IV)。
其中，化合物(C7)优选选自式(IVd)的化合物La1-x-uSrxMθ″uFe1-y-vMκ′yMκ″vO3-w(IVd)，相当于Mθ′代表锶原子且Mκ代表铁原子时的式(IVa)；选自式(IVe)的化合物La1-x-uMθ′xAluFe1-y-vMκ′yMκ″vO3-w(IVe)，相当于Mθ″代表铝原子且Mκ代表铁原子时的式(IVa)；选自式(IVf)的化合物La1-uSruFe1-yMκ′yO3-w(IVf)，相当于Mθ′代表锶原子、Mκ代表铁原子且x和v等于0时的式(IVa)；选自式(IVg)的化合物La1-uCauFe1-yMκ′yO3-w(IVg)，相当于Mθ′代表钙原子、Mκ代表铁原子且x和v等于0时的式(IVa)；选自式(IVh)的化合物
La1-uBauFe1-yMκ′yO3-w(IVh)，相当于Mθ′代表钡原子、Mκ代表铁原子且x和v等于0时的式(IVa)；选自式(IVi)的化合物La1-x-uSrxCauFe1-y-vMκ′yMκ″vO3-w(IVi)，相当于Mθ″代表钙原子时的式(IVh)；或选自式(IVj)的化合物La1-x-uSrxBauFe1-y-vMκ′yMκ″vO3-w(IVi)，相当于Mθ″代表钡原子时的式(IVd)；在这些化合物中，包括例如下式的化合物La1-xSrxFe1-yGayO3-w、La1-xSrxFe1-yTiyO3-w、La1-xSrxFeO3-w、La1-uCauFe1-yGayO3-w、La1-uCauFe1-yTiyO3-w、La1-uCauFeO3-w、La1-uBauFe1-yGayO3-w、La1-uBauFe1-yTiyO3-w、或La1-uBauFeO3-w、La1-x-uSrxAluFe1-yTiyO3-w、La1-x-uSrxCauFe1-yTiyO3-w、La1-x-uSrxBauFe1-yTiyO3-w、La1-x-uSrxAluFe1-yGayO3-w、La1-x-uSrxCauFe1-yGayO3-w、La1-x-uSrxBauFe1-yGayO3-w、La1-xSrxFe1-yTiyO3-w、La1-xSrxFe1-yAlyO3-w、La1-uCauFe1-yTiyO3-w、或La1-uBauFe1-yTiyO3-w、La1-xSrxFe1-yGayO3-w、La1-uCauFe1-yGayO3-w、La1-uBauFe1-yGayO3-w、La1-uBauFeO3-w、La1-uCauFeO3-w或La1-xSrxFeO3-w，其中-0＜x≤0.5；-0≤u≤0.5；-(x+u)≤0.5；-0≤y≤0.9；且-w使得所述结构是电中性的；更优选为下式的那些La0.6Sr0.4Fe0.9Ga0.1O3-w、La0.9Sr0.1Fe0.9Ga0.1O3-w、La0.7Sr0.3Fe0.7Al0.3O3-w、La0.7Sr0.3Fe0.9Ga0.1O3-w、La0.8Sr0.2Fe0.7Ga0.3O3-w、La0.7Sr0.3Fe0.7Ga0.3O3-w、La0.5Sr0.5Fe0.9Ti0.1O3-w、La0.9Sr0.1Fe0.9Ti0.1O3-w、La0.6Sr0.4Fe0.2Co0.8O3-w、La0.7Sr0.3FeO3-w或La0.9Sr0.1Fe0.2Co0.8O3-w。
根据另一特定方面，本发明的主题是如上定义的以叠加层为基础的有序组件，其特征在于包含或者(a)-如上定义的厚度为ED1的致密层(CD1)；(b)-如上定义的与所述致密层(CD1)相邻的厚度为EP1的多孔层(CP1)；(c)-如上定义的厚度为EC1的催化层(CC1)；其中-化合物(C1)中实际存在的Mα和Mβ分别与化合物(C5)中实际存在的Mε和Mη相同；-化合物(C1)中实际存在的Mα和Mβ分别与化合物(C3)中实际存在的Mγ和Mδ相同；或者(a)-如上定义的厚度为ED1的致密层(CD1)；(b)-如上定义的与所述致密层(CD1)相邻的厚度为EP1的多孔层(CP1)；(c)-如上定义的厚度为EC1的催化层(CC1)；和(d)厚度为EP2的第二多孔层(CP2)；其中-化合物(C7)中实际存在的Mθ和Mκ分别与化合物(C5)中实际存在的Mε和Mη相同；-化合物(C1)中实际存在的Mα和Mβ分别与化合物(C7)中实际存在的Mθ和Mκ相同；且-化合物(C1)中实际存在的Mα和Mβ分别与化合物(C3)中实际存在的Mγ和Mδ相同。
最特别地，如上定义的以叠加层为基础的有序组件的特征在于包含或者(a)-如上定义的厚度为ED1的致密层(CD1)；(b)-如上定义的与所述致密层(CD1)相邻的厚度为EP1的多孔层(CP1)；(c)-如上定义的厚度为EC1的催化层(CC1)；其中Mα、Mε和Mγ各自代表镧原子，Mβ、Mη和Mδ各自代表铁原子；或者(a)-如上定义的厚度为ED1的致密层(CD1)；(b)-如上定义的与所述致密层(CD1)相邻的厚度为EP1的多孔层(CP1)；(c)-如上定义的厚度为EC1的催化层(CC1)；和(d)厚度为EP2的第二多孔层(CP2)；其中Mθ、Mα、Mε和Mγ各自代表镧原子，Mκ、Mβ、Mη和Mδ各自代表铁原子。
本发明的主题还特别是如上定义的以具有类似化学性质的材料的叠加层为基础的有序组件，其特征在于包含或者(a)-与如上定义的层(CD1)对应的致密层(C’D1)，其材料(AD1)包含，以其体积为100％计(i)-至少95体积％和至多100体积％的化合物(C1)，该化合物选自下式的化合物La1-x-uSrxAluFe1-yTiyO3-w、La1-x-uSrxCauFe1-yTiyO3-w、La1-x-uSrxBauFe1-yTiyO3-w、La1-x-uSrxAluFe1-yGayO3-w、La1-x-uSrxCauFe1-yGayO3-w、La1-x-uSrxBauFe1-yGayO3-w、La1-xSrxFe1-yTiyO3-w、La1-xSrxFe1-yGayO3-w、La1-x-uSrxGauFeO3-w、La1-uCauFeO3-w或La1-xSrxFeO3-w，其中-0＜x≤0.5；-0≤u≤0.5；-(x+u)≤0.5；-0≤y≤0.9；且-w使得所述结构是电中性的；(ii)-任选地，最多达5体积％的如上定义的化合物(C2)，其与化合物(C1)不同；和(iii)-任选地，最多达0.5体积％的化合物(C1-2)，其由至少一种下式所示的化学反应制成xFC1+yFC2→zFC1-2，在该公式中，FC1、FC2和FC1-2代表化合物(C1)、(C2)和(C1-2)各自的原式，且x、y和z代表大于或等于0的有理数；(b)-与如上定义的层(CP1)对应的多孔层(C’P1)，其材料(AP1)包含，以其体积为100％计(i)-至少95体积％和至多100体积％的化合物(C3)，该化合物选自下式的化合物La1-xSrxFe1-yGayO3-w、La1-xSrxFe1-yTiyO3-w、La1-xSrxFeO3-w、La1-uCauFe1-yGayO3-w、La1-uCauFe1-yTiyO3-w、La1-uCauFeO3-w、La1-uBauFe1-yGayO3-w、La1-uBauFe1-yTiyO3-w、La1-uBauFeO3-w、La1-x-uSrxAluFe1-yTiyO3-w、La1-x-uSrxCauFe1-yTiyO3-w、La1-x-uSrxBauFe1-yTiyO3-w、La1-x-uSrxAluFe1-yGayO3-w、La1-x-uSrxCauFe1-yGayO3-w或La1-x-uSrxBauFe1-yGayO3-w，其中-0＜x≤0.5；-0≤u≤0.5；
-(x+u)≤0.5；-0≤y≤0.9；且-w使得所述结构是电中性的；(ii)-任选地，最多达5体积％的如上定义的化合物(C4)，其与化合物(C3)不同；和(iii)-任选地，最多达0.5体积％的化合物(C3-4)，其由至少一种下式所示的化学反应制成xFC3+yFC4→zFC3-4，在该公式中，FC3、FC4和FC3-4代表化合物(C3)、(C4)和(C3-4)各自的原式，且x、y和z代表大于或等于0的有理数；(c)和与如上定义的层(CC1)对应的催化层(C’C1)，其材料(AC1)包含，以其体积为100％计(i)-至少95体积％和至多100体积％的化合物(C5)，该化合物选自下式的化合物La1-xCexFe1-y-vNiyRhvO3-w、La1-xCexFe1-yNiyO3-w、La1-xSrxFe1-y-vNiyRhvO3-w、La0.6Sr0.4Fe0.70Ni0.30O3-w和La1-xSrxFe1-yNiyO3-w，其中-0＜x≤0.5；-0≤y≤0.7；-0≤v≤0.5；-0≤(y+v)≤0.8；且-w使得所述结构是电中性的；(ii)-任选地，最多达5体积％的如上定义的化合物(C6)，其与化合物(C5)不同；和(iii)-任选地，最多达0.5体积％的化合物(C5-6)，其由至少一种下式所示的化学反应制成xFC5+yFC6→zFC5-6，在该公式中，FC5、FC6和FC5-6代表化合物(C5)、(C6)和(C5-6)各自的原式，且x、y和z代表大于或等于0的有理数；或者(a)-如上定义的致密层(C’D1)；(b)-如上定义的多孔层(C’P1)；(c)-如上定义的催化层(C’C1)；和(d)-与如上定义的层(CP2)对应的第二多孔层(C’P2)，其材料(AP2)包含，以其体积为100％计(i)-至少95体积％和至多100体积％的化合物(C7)，该选自下式的化合物La1-xSrxFe1-yGayO3-w、La1-xSrxFe1-yTiyO3-w、La1-xSrxFeO3-w、La1-uCauFe1-yGayO3-w、La1-uCauFe1-yTiyO3-w、La1-uCauFeO3-w、La1-uBauFe1-yGayO3-w、La1-uBauFe1-yTiyO3-w、La1-uBauFeO3-w、La1-x-uSrxAluFe1-yTiyO3-w、La1-x-uSrxCauFe1-yTiyO3-w、La1-x-uSrxBauFe1-yTiyO3-w、La1-x-uSrxAluFe1-yGayO3-w、La1-x-uSrxCauFe1-yGayO3-w或La1-x-uSrxBauFe1-yGayO3-w，其中-0＜x≤0.5；-0≤u≤0.5；-(x+u)≤0.5；-0≤y≤0.9；且-w使得所述结构是电中性的；(ii)-任选地，最多达5体积％的如上定义的化合物(C8)，其与化合物(C7)不同；和(iii)-任选地，最多达0.5体积％的化合物(C7-8)，其由至少一种下式所示的化学反应制成xFC7+yFC8→zFC7-8，在该公式中，FC7、FC8和FC7-8代表化合物(C7)、(C8)和(C7-8)各自的原式，且x、y和z代表大于或等于0的有理数。
根据本特定方面，如上定义的以具有类似化学性质的材料的叠加层为基础的有序组件优选包含或者(a)-与如上定义的层(C’D1)对应的致密层(C”D1)，其材料(AD1)包含，以其体积为100％计(i)-至少95体积％和至多100体积％的化合物(C1)，该化合物选自下式的化合物La0.6Sr0.4Fe0.9Ga0.1O3-w、La0.7Sr0.3Fe0.9Ga0.1O3-w、La0.8Sr0.2Fe0.7Ga0.3O3-w、La0.7Sr0.3Fe0.7Ga0.3O3-w或La0.5Sr0.5Fe0.9Ti0.1O3-w；(ii)-任选地，最多达5体积％的如上定义的化合物(C2)，其与化合物(C1)不同；和(iii)-任选地，最多达0.5体积％的化合物(C1-2)，其由至少一种下式所示的化学反应制成xFC1+yFC2→zFC1-2，在该公式中，FC1、FC2和FC1-2代表化合物(C1)、(C2)和(C1-2)各自的原式，且x、y和z代表大于或等于0的有理数；(b)-与如上定义的层(C’P1)对应的多孔层(C”P1)，其材料(AP1)包含，以其体积为100％计(i)-至少95体积％和至多100体积％的化合物(C3)，该化合物选自下式的化合物La0.6Sr0.4Fe0.9Ga0.1O3-w、La0.9Sr0.1Fe0.9Ga0.1O3-w、La0.5Sr0.5Fe0.9Ti0.1O3-w、La0.9Sr0.1Fe0.9Ti0.1O3-w、La0.6Sr0.4Fe0.2Co0.8O3-w或La0.9Sr0.1Fe0.2Co0.8O3-w、La0.7Sr0.3Fe0.9Ga0.1O3-w、La0.8Sr0.2Fe0.7Ga0.3O3-w、La0.7Sr0.3Fe0.7Ga0.3O3-w；(ii)-任选地，最多达5体积％的如上定义的化合物(C4)，其与化合物(C3)不同；和(iii)-任选地，最多达0.5体积％的化合物(C3-4)，其由至少一种下式所示的化学反应制成xFC3+yFC4→zFC3-4，
在该公式中，FC3、FC4和FC3-4代表化合物(C3)、(C4)和(C3-4)各自的原式，且x、y和z代表大于或等于0的有理数；(c)和与如上定义的层(C’C1)对应的催化层(C”C1)，其材料(AC1)包含，以其体积为100％计(i)-至少95体积％和至多100体积％的化合物(C5)，该化合物选自下式的化合物La0.8Ce0.2Fe0.65Ni0.30Rh0.05O3-w、La0.8Ce0.2Fe0.7Ni0.3O3-w、La0.8Sr0.2Fe0.65Ni0.30Rh0.05O3-w、La0.6Sr0.4Fe0.7Ni0.30O3-w和La0.8Sr0.2Fe0.7Ni0.3O3-w；(ii)-任选地，最多达5体积％的如上定义的化合物(C6)，其与化合物(C5)不同；和(iii)-任选地，最多达0.5体积％的化合物(C5-6)，其由至少一种下式所示的化学反应制成xFC5+yFC6→zFC5-6，在该公式中，FC5、FC6和FC5-6代表化合物(C5)、(C6)和(C5-6)各自的原式，且x、y和z代表大于或等于0的有理数；或者(a)-如上定义的致密层(C”D1)；(b)-如上定义的多孔层(C”P1)；(c)-如上定义的催化层(C”C1)；和(d)-与如上定义的层(C’P2)对应的第二多孔层(C”P2)，其材料(AP2)包含，以其体积为100％计(i)-至少95体积％和至多100体积％的化合物(C7)，该化合物选自下式的化合物La0.6Sr0.4Fe0.9Ga0.1O3-w、La0.9Sr0.1Fe0.9Ga0.1O3-w、La0.5Sr0.5Fe0.9Ti0.1O3-w、La0.9Sr0.1Fe0.9Ti0.1O3-w、La0.6Sr0.4Fe0.2Co0.8O3-w或La0.9Sr0.1Fe0.2Co0.8O3-w、La0.7Sr0.3Fe0.9Ga0.1O3-w、La0.8Sr0.2Fe0.7Ga0.3O3-w、La0.7Sr0.3Fe0.7Ga0.3O3-w；(ii)-任选地，最多达5体积％的如上定义的化合物(C8)，其与化合物(C7)不同；和
(iii)-任选地，最多达0.5体积％的化合物(C7-8)，其由至少一种下式所示的化学反应制成xFC7+yFC8→zFC7-8，在该公式中，FC7、FC8和FC7-8代表化合物(C7)、(C8)和(C7-8)各自的原式，且x、y和z代表大于或等于0的有理数。
本发明的主题还更特别为如上定义的以具有类似化学性质的材料的叠加层为基础的有序组件，其特征在于材料(AD1)、(AP1)、(AC1)和如果适当，(AP2)，和存在时的各自化合物(C2)、(C4)和(C8)各自独立地选自氧化镁(MgO)、尖晶石相(MgAl2O4)、氧化钙(CaO)、氧化铝(Al2O3)、氧化锆(ZrO2)、二氧化钛(TiO2)、锶-铝混合氧化物SrAl2O4或Sr3Al2O6、钡-钛混合氧化物(BaTiO3)、钙-钛混合氧化物(CaTiO3)、La0.5Sr0.5Fe0.9Ti0.1O3-ω或La0.6Sr0.4Fe0.9Ga0.1O3-ω。
根据本发明的另一特定方面，在如上定义的以具有类似化学性质的材料的叠加层为基础的有序组件中，层CP1、CP2和CC1中的一层、数层或所有层具有离散孔隙率梯度，也就是说，其体积孔隙率在层的整个厚度中在最大值(在层外部)和最小值(在层内部，接近致密膜)之间离散地变动。
根据本发明的另一特定方面，在如上定义的以具有类似化学性质的材料的叠加层为基础的有序组件中，层CP1、CP2和CC1中的一层、数层或所有层具有连续孔隙率梯度，也就是说，其体积孔隙率在层的整个厚度中在最大值(在层外部)和最小值(在层内部，接近致密膜)之间连续变动。
这种孔隙率梯度通过实施如WO 02/46122中所述的方法实现，这种方法包括使多孔的成孔基底被流延悬浮液渗透。
根据本发明的另一特定方面，在如上定义的以具有类似化学性质的材料的叠加层为基础的有序组件中，致密层、多孔层或催化剂中的一层、数层或所有层具有离散组成梯度，也就是说，这些层的化学性质在层的整个厚度中或在层之间离散地变动。
根据本发明的另一特定方面，在如上定义的以具有类似化学性质的材料的叠加层为基础的有序组件中，致密层、多孔层或催化剂中的一层、数层或所有层具有相邻层材料的表面浓度梯度。这种梯度可以通过实施如WO 03/00439中关于平面系统所述的方法来获得。
构成本发明的主题并如上定义的以具有类似化学性质的材料的叠加层为基础的有序组件主要是平面或管状形式。当其是管状形式时，由此形成的CMR在一个末端封闭。
通过在新制状态(green state)下将各层组装来制备PCMR，并在单个步骤(被称作共烧结)或在数个步骤中烧结该多层组件。
一般而言，管状PCMR包括多孔支撑层，在其外部上沉积致密膜。多孔支撑层可以通过挤出或通过等静压制形成。通过例如浸涂或喷涂之类的各种技术“在新制状态”在多孔支撑层上沉积致密膜。将该组件(多孔支撑层+致密膜)共烧结。然后通过例如浸涂或喷涂之类的各种技术在外部上(在致密膜上)沉积重整催化剂，然后在低于PCMR烧结温度的温度下烧制。
优选地，通过将致密膜和多孔层共挤出而制备管状PCMR，其包括由多孔层支撑并在外表面上被催化层覆盖的致密层。将该组件烧结，在所得双层体的外表面上施用催化层，并将该组件(催化剂层+致密膜/多孔支撑层)在低于烧结温度的温度下烧制。在另一种方法中，催化层可以与致密层和多孔层同时共挤出。该方法因此是三层共挤法，将该系统共烧结(催化剂/致密膜/支撑层)。
在2004年5月12日提交的以No 04/05124登记的法国专利申请中描述了共挤法。
在如上所述的方法中，材料的烧结温度为800至1500℃，优选1000℃至1350℃。
根据本发明的一个特定方面，在控制反应混合物周围气氛的氧分压(pO2)的同时进行共烧结法。在2003年7月11日提交的以No 03/50234登记的法国专利申请中描述了这种方法。
在如上定义的方法中，材料的烧结温度为800至1500℃，优选1000℃至1350℃。
根据最后一方面，本发明的主题是用于通过天然气的氧化制造合成气的具有非零(non-zero)内体积V的反应器，其特征在于包含或者如上定义的以具有类似化学性质的材料的叠加层为基础的管状有序组件，其中能够促进气态氧将甲烷氧化成一氧化碳的反应的催化层(CC1)位于在一个末端被封闭的所述管状组件的外表面上，或者平行安装的数个所述管状组件的组合，其特征在于反应器内部的自由体积Vf大于或等于0.25伏且优选大于或等于0.5伏。
根据本装置的一个特定方面，在如上定义的反应器中，容积的非零部分Vf含有蒸汽重整催化剂。
术语“蒸汽重整催化剂”是指下述催化剂以沉积在氧化物或非氧化物陶瓷载体上的过渡金属(Ni、Fe等等)和/或一种或多种贵金属(Pd、Pt、Rh、Ru等等)的存在为特征，沉积量为所述金属或金属混合物的0.1至60重量％，所述陶瓷载体或者选自氧化物型材料，例如氧化硼、氧化铝、氧化镓、二氧化铈、二氧化硅、二氧化钛、氧化锆、氧化锌、氧化镁或氧化钙，优选选自氧化镁(MgO)、氧化钙(CaO)、氧化铝(Al2O3)、氧化锆(ZrO2)、二氧化钛(TiO2)或二氧化铈(CeO2)；铝和/或镁硅酸盐，例如富铝红柱石(2SiO2.3Al2O3)或堇青石(Mg2Al4Si5O18)，或例如尖晶石相MgAl2O4；钙-钛混合氧化物(CaTiO3)或CaAl12O19；钙的磷酸盐及其衍生物，例如羟磷灰石Ca10(PO4)6(OH)2或磷酸三钙Ca3(PO4)2；或钙钛矿型材料，例如La0.5Sr0.5Fe0.9Ti0.1O3-δ、La0.6Sr0.4Fe0.9Ga0.1O3-δ、La0.5Sr0.5Fe0.9Ti0.1O3-δ或La0.6Sr0.4Fe0.9Ti0.1O3-δ；或者选自非氧化物型材料，优选选自碳化物或氮化物，例如碳化硅(SiC)、氮化硼(BN)、氮化铝(AlN)或氮化硅(Si3N4)或铝氧氮化硅。包含在PCMR管之间的重整催化剂的几何构造可以是各种尺寸的杆状物、挤出物或球体。
附图描述
图1A该图显示了PCMR的一种特定构造，其包含各在致密层(CD1)一侧上的多孔支撑层(CP1)和催化剂层(CC1)。该图中所示的层(CP1、CC1、CD1)的化学性质和晶体学性质如本发明中所定义。
图1B该图显示了PCMR的一种特定构造，其包含各在致密层(CD1)一侧上的两个多孔支撑层(CP1，CP2)和在支撑层之一上的催化剂层(CC1)。该图中所示的层(CP1、CP2、CC1、CD1)的化学性质和晶体学性质如本发明中所定义。
图1C该图显示了具有图1A所述构造的PCMR的孔隙率的一种特定分布。催化层(CC1)和支撑层(CP1)各自具有在其各自整个厚度内恒定的孔隙率。催化层(CC1)和支撑层(CP1)的孔隙率可以相同或不同。该图中所示的层(CP1、CC1、CD1)的化学性质和晶体学性质如本发明中所定义。
图1D该图显示了具有图1A所述构造的PCMR的孔隙率的一种特定分布。催化层(CC1)在其整个厚度内具有恒定的孔隙率，支撑层(CP1)具有在其整个厚度内以离散方式变动的孔隙率。支撑层(CP1)的孔隙率在该图中具有两个水平(CP1’和CP1”)，可以扩展至三个或更多个水平。催化层(CC1)和支撑层(CP1)的孔隙率可以相同或不同。该图中所示的层(CP1、CC1、CD1)的化学性质和晶体学性质如本发明中所定义。
图1E该图显示了具有图1A所述构造的PCMR的孔隙率的一种特定分布。催化层(CC1)和支撑层(CP1)各自具有在其整个厚度内以离散方式变动的孔隙率。支撑层(CP1)和催化层(CC1)的孔隙率在该图中具有两个水平，分别为(CP1’和CP1”)和(CC1’和CC1”)，可以扩展至三个或更多个水平。催化层(CC1)和支撑层(CP1)的孔隙率水平可以相同或不同。该图中所示的层(CP1、CC1、CD1)的化学性质和晶体学性质如本发明中所定义。
图1F该图显示了具有图1A所述构造的PCMR的孔隙率的一种特定分布。催化层具有在其整个厚度内以离散方式变动的孔隙率，在该图中，分别显示了两个离散孔隙率水平，CC1’和CC1”。支撑层(CP1)具有在其整个厚度内连续变动的孔隙率水平。该图中所示的层(CP1、CC1、CD1)的化学性质和晶体学性质如本发明中所定义。
图1G该图显示了具有图1A所述构造的PCMR的孔隙率的一种特定分布。催化层(CC1)具有在其整个厚度内恒定的孔隙率水平。支撑层(CP1)具有从其外表面上的最大值至在给定深度的最小值(CP1”)连续变动的孔隙率水平，该孔隙率水平随后保持恒定直至致密层(CP1’)。该图中所示的层(CP1、CC1、CD1)的化学性质和晶体学性质如本发明中所定义。
图1H该图显示了具有图1A所述构造的PCMR的孔隙率的一种特定分布。催化层(CC1)具有在其整个厚度内恒定的孔隙率水平。支撑层(CP1)具有在其外表面与给定深度(CP1’)之间恒定的孔隙率水平，该孔隙率水平随后连续下降直至致密层(CP1”)。该图中所示的层(CP1、CC1、CD1)的化学性质和晶体学性质如本发明中所定义。
图1I该图显示了具有图1A所述构造的PCMR的各层中化合物(C1)至(C6)的分布。该图中所示的层(CP1、CC1、CD1)的化学性质和晶体学性质如本发明中所定义。致密层(CD1)的化合物(C1)和多孔支撑层(CP1)的化合物(C3)含有至少两种共有的化学元素。类似地，致密层(CD1)的化合物(C1)和催化层(CC1)的化合物(C5)含有至少两种共有的化学元素。相反，多孔支撑层(CP1)的化合物(C3)和催化层(CC1)的化合物(C5)不必含有两种共有的化学元素。
图1J该图显示了具有图1A所述构造的PCMR中阳离子的一种特定分布。支撑层(CP1)在致密层(CD1)与支撑层(CP1)之间的界面处具有连续的化学组成梯度。对于给定阳离子Mb′，支撑层(CP1)的化合物(C3)在其外表面上是La1-xSrxFe1-vMb′vO3-w型。对于给定阳离子Mb，致密层(CD1)的化合物(C1)是La1-xSrxFe1-vMbyO3-w型。致密层与支撑层表面之间的中间化合物是La1-xSrxFe1-y-vMbyMb′vO3-w型，其中y和v在该化合物区域的整个厚度内连续变动。该图中所示的层的化学性质和晶体学性质如本发明中所定义。
图1K该图显示了具有图1A所述构造的PCMR中阳离子的一种特定分布。致密层在其整个厚度内具有连续的化学组成梯度。化合物(C1)、(C3)和(C5)是La1-xSrxFe1-vMbyO3-w型，Mb的性质和y的值随层而变化。镧被锶取代的程度，x，在致密层整个厚度内连续变动。致密层与支撑层之间界面处的x的值在界面各侧上可以相同或不同。同样地，致密层与催化层之间界面处的x的值在界面各侧上可以相同或不同。该图中所示的层的化学性质和晶体学性质如本发明中所定义。
图2APCMR的显微照片，该PCMR包含具有离散孔隙率梯度的多孔支撑层(CP1含有CP1’和CP1”)和多孔催化层(CC1)，它们各在薄致密层(CD1)一侧上，所有层都是钙钛矿型。各层的化合物的配方显示在实施例中。这种PCMR的构造对应于图1D的描述。
图2BPCMR的显微照片，该PCMR包含多孔支撑层(CP1)、薄致密层(CD1)和催化层(CC1)，所有层都是钙钛矿型。各层的化合物的配方显示在实施例中。这种PCMR的构造对应于图1C的描述。
图3钙钛矿型化合物的多晶样品的X-射线衍射图。
本发明改进了现有技术状况，因为使用在化学上类似和结构上相同的材料能够实现整个PCMR中热机械和热化学性质的连续性。由此极大降低了界面处或层内剥离或裂化的风险。由于各种材料烧结时的膨胀系数和收缩率类似(图4)，因此可以在单个步骤中烧结所有层(共烧结)，由此限制了成型操作(热处理)，同时降低了PCMR的制造成本。下列实施例阐述本发明，但不构成限制。
实施例1本发明的组件的制备A-La0.6Sr0.4Fe0.9Ga0.1O3-δ(化合物C1)的制备通过前体的固态高温反应制备化合物(C1)。
(1)-为了合成100克化合物C1，在预先热处理以从中去除任何残留水或气态杂质的步骤后称出下列质量的前体44.34克La2O3(Ampère Industrie；纯度＞99.99重量％)；26.79克SrCO3(Solvay Baris；纯度＞99重量％)；32.60克Fe2O3(Alfa Aesar；纯度＞99重量％)；
4.25克Ga2O3(Sigma Aldrich；纯度＞99重量％)。
(2)-在配有由相同聚合物制成的旋转叶片的聚乙烯罐中，在球状氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)球、水性或有机溶剂和任选分散剂的存在下研磨混合物。这种碾磨操作产生了具有相对球体形状和单峰粒度分布的较小直径粉末粒子的均匀掺合物。在这种初次研磨操作后，平均粒径为0.3微米至2微米。使用200微米筛子筛分罐的内容物，从而将粉末与球分离。
(3)-将筛过的材料干燥，然后在炉中、在空气或在受控气氛中在氧化铝耐火材料上煅烧。然后将温度升至900℃至1200℃的保持温度，并保持5小时至15小时。温度上升速率通常为5℃份钟至15℃/分钟，下降速率通过炉的自然冷却来控制。
XRD分析能够证实粉末的反应状态。如果必要，再使用相同规程将粉末研磨和/或煅烧直至前体反应完全并产生所需钙钛矿相(参见图3)。由此获得化合物La0.6Sr0.4Fe0.9Ga0.1O3-δ。
B-材料AD1(98体积％La0.6Sr0.4Fe0.9Ga0.1O3-δ+2体积％MgO)的制备将98体积％前一节中制成的化合物C1与2体积％商业氧化镁(MgO)混合，获得材料AD1。
C-La0.5Sr0.5Fe0.9Ti0.1O3-δ(化合物C3)的制备通过前体的固态高温反应制备化合物(C3)。
(1)-为了合成100克化合物C3，在预先热处理以从中去除任何残留水或气态杂质的步骤后称出下列质量的前体38.37克La2O3(Ampère Industrie；纯度＞99.99重量％)；34.77克SrCO3(Solvay Baris；纯度＞99重量％)；33.85克Fe2O3(Alfa Aesar；纯度＞99重量％)；1.88克TiO2(Sigma Aldrich；纯度＞99重量％)。
(2)-在配有由相同聚合物制成的旋转叶片的聚乙烯罐中，在球状氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)球、水性或有机溶剂和任选分散剂的存在下研磨混合物。这种碾磨操作产生了具有相对球体形状和单峰粒度分布的较小直径粉末粒子的均匀掺合物。在这种初次研磨操作后，平均粒径为0.3微米至2微米。使用200微米筛子筛分罐的内容物，从而将粉末与球分离。
(3)-将筛过的材料干燥，然后在炉中、在空气或受控气氛中在氧化铝耐火材料上煅烧。然后将温度升至900℃至1200℃的保持温度，并保持5小时至15小时。温度上升速率通常为5℃份钟至15℃/分钟，下降速率通过炉的自然冷却来控制。
XRD分析能够证实粉末的反应状态。如果必要，再使用相同规程将粉末研磨和/或煅烧直至前体反应完全并产生所需钙钛矿相(参见图3)。由此获得化合物La0.5Sr0.5Fe0.9Ti0.1O3-δ。
D-La0.8Ce0.2Fe0.7Ni0.3O3-δ(化合物C5)的制备使用与上文A节中所示相同的规程，但以下列质量的前体为原料，制备化合物(C5)53.62克La2O3(Ampère Industrie；纯度＞99.99重量％)；14.16克CeO2(Alfa Aesar；纯度＞99重量％)；23.00克Fe2O3(Alfa Aesar；纯度＞99重量％)；14.65克NiCO3(Alfa Aesar；纯度＞99重量％)。
XRD分析能够证实粉末的反应状态。可以再使用相同规程将粉末研磨和/或煅烧直至前体反应完全并产生所需钙钛矿相。由此获得化合物La0.8Ce0.2Fe0.7Ni0.3O3-δ。
D’-La0.6Sr0.4Fe0.7Ni0.3O3-δ(化合物C’5)的制备使用与上文A节中所示相同的规程，但以下列质量的前体为原料，制备化合物(C’5)67.41克La2O3(Ampère Industrie；纯度＞99.99重量％)；40.73克SrCO3(Solvay Baris；纯度＞99.9重量％)；
38.55克Fe2O3(Alfa Aesar；纯度＞99重量％)；24.56克NiCO3(Alfa Aesar；纯度＞99重量％)。
XRD分析能够证实粉末的反应状态。可以再使用相同规程将粉末研磨和/或煅烧直至前体反应完全并产生所需钙钛矿相。由此获得化合物La0.6Sr0.4Fe0.7Ni0.3O3-δ。
E-致密层的制备致密层CD1由上文B节中制成的材料AD1制成，并通过传统流延法成型。
F-材料AP1(95体积％La0.5Sr0.5Fe0.9Ti0.1O3-δ+5体积％MgO)的制备将95体积％上文C节中制成的化合物C3与5体积％商业氧化镁(MgO)混合，获得材料AP1。
G-多孔层CP1的制备多孔层CP1由上文F节中制成的材料AP1制成，并通过与E节类似的传统流延法成型。通过在陶瓷材料的液体悬浮液中加入成孔剂、在烧结后获得层中的孔。术语“成孔剂”被理解为是指具有受控尺寸和受控形态的有机化合物，其能够通过低温热处理(通常在600℃)而完全降解。通过选择加入陶瓷材料液体悬浮液中的成孔剂的形状、尺寸和含量来控制最终孔隙率。
H-多孔层CP’1+P”1的制备由上文F节中制成的材料AP1如下制造具有不同孔隙率P1’和P1”的连续和/或间断受控孔隙率梯度的多孔层CP’1+P”1，(i)-在连续孔隙率梯度的情况下，使具有受控厚度的多孔成孔基底被陶瓷材料Ap1的液体悬浮液渗透，或
(ii)-堆叠具有不同孔隙率P1’和P1”的、具有不同成孔剂含量(例如30体积％和40体积％)的带材AP1’和AP1’。
多孔成孔基底本身是通过使成孔剂的液体悬浮液流延来制造的。通过加入陶瓷材料液体悬浮液中的成孔剂的选择、形状、尺寸和含量来控制最终孔隙率。
在烧结后获得间断和/或连续孔隙率梯度。
I-多孔层CC1的制备多孔层CC1由分别在上文D和D’节中制成的材料C5或C’5制成，并通过与E节类似的传统流延法成型。通过在陶瓷材料的液体悬浮液中加入成孔剂、在烧结后制造层中的孔隙。
J-在多孔支撑层CP1中具有离散孔隙率梯度(P1和P1’)的多层(CC1/CD1/CP1)平面PCMR的制备通过切割如上述章节中所述制成的各层的带材，制造平面形状的多层PCMR，切成的带材优选具有相同尺寸。然后将堆叠件以所需构造进行热压接合。
热压接合在接近50MPa的压力和高于用于带材机械完整性的聚合物的玻璃化转变温度(通常为80℃)的温度下进行。在热压接合后，该多层体必须粘合在一起而不裂开。
所得多层体在空气中或在氮气中、于600℃在缓慢升温(通常0.1至2℃/分钟)的情况下进行第一热处理。
在去除粘合剂的步骤后，将该多层体(CC1/CD1/CP1)在氮气中在1300℃共烧结30分钟。
图2显示了分别由下列层构成的PCMR-在I节中制成的并由材料C5(D节中制成的La0.8Ce0.2Fe0.7Ni0.3O3-δ)构成的催化层CC1；-由B节中制成的材料AD1构成的致密层CD1；
-由H节中制成的材料AP1构成的多孔层CP1，其具有如图中的区域CP1’和CP1”所示的离散孔隙率梯度P1’和P1”。
K-在多孔支撑层CP1中具有单一孔隙率水平的多层(CC1/CD1/CP1)平面PCMR的制备程序与上一节中相同，使用-在I节中制成的并由材料C’5(D’节中制成的La0.6Sr0.4Fe0.7Ni0.3O3-δ)构成的催化层CC1；-由B节中制成的材料AD1构成的致密层CD1；-由G节中制成的材料AP1构成的并具有单一孔隙P1的多孔层CP1。
L-具有复杂构造的平面PCMR的制造在不同类型的带材上进行的热压接合和烧结规程能够获得多种可能的PCMR构造。多孔层内的离散孔隙率梯度可以通过堆叠由具有不同成孔剂掺入量的两种液体悬浮液制成的两种带材来实现。通过在流延操作过程中改变带材厚度，或通过堆叠相同类型的不同带材，可以调节各层的厚度。在热压接合之前，在带材叠合过程中选择PCMR中层的分布。最后，通过从一层移往另一层的化学元素，可在烧结过程中获得连续组成梯度。在后一种情况下，根据化合物进入固溶体中的能力来选择化合物，并调节烧结热处理以使元素扩散。
M-管状PCMR的制造多孔支撑层和致密层是通过同时挤出这两层或通过共挤出而形成的。然后将管状双层体烧结，然后在进一步热处理(此后催化层具有特定的孔隙率)之前通过浸涂在管上沉积催化层。
本发明改进了现有技术状况，因为化学上类似和结构上相同的材料的使用能够实现整个PCMR中热机械和热化学性质的连续性。由此极大降低了界面处或层内剥离或裂化的风险。由于各种材料烧结时的膨胀系数和收缩率类似(图4)，因此，可以在单个步骤中烧结所有层(共烧结)，由此限制了成型操作(热处理)，同时降低PCMR的制造成本。
权利要求
1.以具有类似化学性质的材料的叠加层为基础的有序组件，其特征在于包含或者(a)-致密层(CD1)，其厚度为ED1，孔隙率不超过5体积％，所述致密层(CD1)由材料(AD1)构成，该材料包含，以其体积为100％计(i)-至少75体积％和至多100体积％的式(I)的化合物(C1)，该化合物选自在使用温度为具有钙钛矿相氧化物离子空位的晶格形式的掺杂陶瓷氧化物Mα1-x-uMα′xMα″uMβ1-y-vMβ′yMβ″vO3-w(I)其中-Mα代表选自钪、钇或选自镧系、锕系或碱土金属族的原子；-Mα′与Mα不同，代表选自钪、钇或选自镧系、锕系或碱土金属族的原子；-Mα″与Mα和Mα′不同，代表选自铝(Al)、镓(Ga)、铟(In)、铊(Tl)或选自碱土金属族的原子；-Mβ代表选自过渡金属的原子；-Mβ′与Mβ不同，代表选自过渡金属、铝(Al)、铟(In)、镓(Ga)、锗(Ge)、锑(Sb)、铋(Bi)、锡(Sn)、铅(Pb)或钛(Ti)的原子；-Mβ″与Mβ和Mβ′不同，代表选自过渡金属、碱土族金属、铝(Al)、铟(In)、镓(Ga)、锗(Ge)、锑(Sb)、铋(Bi)、锡(Sn)、铅(Pb)或钛(Ti)的原子；-0＜x≤0.5；-0≤u≤0.5；-(x+u)≤0.5；-0≤y≤0.9；-0≤v≤0.9；0≤(y+v)≤0.9；且-w使得所述结构是电中性的；(ii)-任选地，最多达25体积％的化合物(C2)，其与化合物(C1)不同，或者选自氧化物型材料，例如氧化硼、氧化铝、氧化镓、二氧化铈、二氧化硅、二氧化钛、氧化锆、氧化锌、氧化镁或氧化钙，优选选自氧化镁(MgO)、氧化钙(CaO)、氧化铝(Al2O3)、氧化锆(ZrO2)、二氧化钛(TiO2)或二氧化铈(CeO2)；锶-铝混合氧化物SrAl2O4或Sr3Al2O6；钡-钛混合氧化物(BaTiO3)；钙-钛混合氧化物(CaTiO3)；铝和/或镁硅酸盐，例如富铝红柱石(2SiO2.3Al2O3)、堇青石(Mg2Al4Si5O18)或尖晶石相MgAl2O4；钙-钛混合氧化物(CaTiO3)；钙的磷酸盐及其衍生物，例如羟磷灰石Ca10(PO4)6(OH)2或磷酸三钙Ca3(PO4)2；或钙钛矿型材料，例如La0.5Sr0.5Fe0.9Ti0.1O3-δ、La0.6Sr0.4Fe0.9Ga0.1O3-δ、La0.5Sr0.5Fe0.9Ga0.1O3-δ或La0.6Sr0.4Fe0.9Ti0.1O3-δ；或者选自非氧化物型材料，优选选自碳化物或氮化物，例如碳化硅(SiC)、氮化硼(BN)、氮化铝(AlN)或氮化硅(Si3N4)、“铝氧氮化硅”(SiAlON)；或者选自镍(Ni)、铂(Pt)、钯(Pd)、或铑(Rh)；这些各种类型材料的金属合金或混合物；和(iii)-任选地，最多达2.5体积％的化合物(C1-2)，其由至少一种下式所示的化学反应制成xFC1+yFC2→zFC1-2，在该公式中，FC1、FC2和FC1-2代表化合物(C1)、(C2)和(C1-2)各自的原式，且x、y和z代表大于或等于0的有理数；(b)-多孔层(CP1)，其厚度为EP1，体积孔隙率为20％至80％，与所述致密层(CD1)相邻，所述多孔层(CP1)由材料(AP1)构成，该材料包含，以其体积为100％计(i)-至少75体积％和至多100体积％的式(II)的化合物(C3)，该化合物选自在使用温度为具有钙钛矿相氧化物离子空位的晶格形式的掺杂陶瓷氧化物Mγ1-x-uMγ′xMγ″uMδ1-y-vMδ′yMδ″vO3-w(II)其中-Mγ代表选自钪、钇或选自镧系、锕系或碱土金属族的原子；-Mγ′与Mγ不同，代表选自钪、钇或选自镧系、锕系或碱土金属族的原子；-Mγ″与Mγ和Mγ′不同，代表选自铝(Al)、镓(Ga)、铟(In)、铊(Tl)或选自碱土金属族的原子；-Mδ代表选自过渡金属的原子；-Mδ′与Mδ不同，代表选自过渡金属、铝(Al)、铟(In)、镓(Ga)、锗(Ge)、锑(Sb)、铋(Bi)、锡(Sn)、铅(Pb)或钛(Ti)的原子；-Mδ″与Mδ和Mδ′不同，代表选自过渡金属、碱土族金属、铝(Al)、铟(In)、镓(Ga)、锗(Ge)、锑(Sb)、铋(Bi)、锡(Sn)、铅(Pb)或钛(Ti)的原子；-0＜x≤0.5；-0≤u≤0.5；-(x+u)≤0.5；-0≤y≤0.9；-0≤v≤0.9；-0≤(y+v)≤0.9；且-w使得所述结构是电中性的；(ii)-任选地，最多达25体积％的化合物(C4)，其与化合物(C3)不同，或者选自氧化物型材料，例如氧化硼、氧化铝、氧化镓、二氧化铈、二氧化硅、二氧化钛、氧化锆、氧化锌、氧化镁或氧化钙，优选选自氧化镁(MgO)、氧化钙(CaO)、氧化铝(Al2O3)、氧化锆(ZrO2)、二氧化钛(TiO2)或二氧化铈(CeO2)；锶-铝混合氧化物SrAl2O4或Sr3Al2O6；钡-钛混合氧化物(BaTiO3)；钙-钛混合氧化物(CaTiO3)；铝和/或镁硅酸盐，例如富铝红柱石(2SiO2.3Al2O3)、堇青石(Mg2Al4Si5O18)或尖晶石相MgAl2O4；钙-钛混合氧化物(CaTiO3)；钙的磷酸盐及其衍生物，例如羟磷灰石Ca10(PO4)6(OH)2或磷酸三钙Ca3(PO4)2；或钙钛矿型材料，例如La0.5Sr0.5Fe0.9Ti0.1O3-δ、La0.6Sr0.4Fe0.9Ga0.1O3-δ、La0.5Sr0.5Fe0.9Ga0.1O3-δ或La0.6Sr0.4Fe0.9Ti0.1O3-δ；或者选自非氧化物型材料，优选选自碳化物或氮化物，例如碳化硅(SiC)、氮化硼(BN)、氮化铝(AlN)或氮化硅(Si3N4)、“铝氧氮化硅”(SiAlON)；或者选自镍(Ni)、铂(Pt)、钯(Pd)、或铑(Rh)；这些各种类型材料的金属合金或混合物；和(iii)-任选地，最多达2.5体积％的化合物(C3-4)，其由至少一种下式所示的化学反应制成xFC3+yFC4→zFC3-4，在该公式中，FC3、FC4和FC3-4代表化合物(C3)、(C4)和(C3-4)各自的原式，且x、y和z代表大于或等于0的有理数；(c)和催化层(CC1)，其能够促进甲烷被气态氧不完全氧化成一氧化碳和氢的反应，所述催化层(CC1)的厚度为EC1，体积孔隙率为20％至80％，与所述致密层(CD1)相邻并由材料(AC1)构成，该材料包含，以其体积为100％计(i)-至少10体积％和至多100体积％的式(III)的化合物(C5)，该化合物选自在使用温度为具有钙钛矿相氧化物离子空位的晶格形式的掺杂陶瓷氧化物Mε1-x-uMε′xMε″uMη1-y-vMη′yMη″vO3-w(III)其中-Mε代表选自钪、钇或选自镧系、锕系或碱土金属族的原子；-Mε′与Mε不同，代表选自钪、钇或选自镧系、锕系或碱土金属族的原子；-Mε″与Mε和Mε′不同，代表选自铝(Al)、镓(Ga)、铟(In)、铊(Tl)或选自碱土金属族的原子；-Mη代表选自过渡金属的原子；-Mη′与Mη不同，代表选自过渡金属、铝(Al)、铟(In)、镓(Ga)、锗(Ge)、锑(Sb)、铋(Bi)、锡(Sn)、铅(Pb)或钛(Ti)的原子；-Mη″与Mη和Mη′不同，代表选自过渡金属、碱土族金属、铝(Al)、铟(In)、镓(Ga)、锗(Ge)、锑(Sb)、铋(Bi)、锡(Sn)、铅(Pb)或钛(Ti)的原子；-0＜x≤ 0.5；-0≤u≤0.5；-(x+u)≤0.5；-0≤y≤0.9；-0≤v≤0.9；-0≤(y+v)≤0.9；且-w使得所述结构是电中性的；(ii)-任选地，最多达90体积％的化合物(C6)，其与化合物(C5)不同，选自镍(Ni)、铁(Fe)、钴(Co)、钯(Pd)、铂(Pt)、铑(Rh)、钌(Ru)或这些金属的混合物，任选地，以所述金属或金属混合物的0.1重量％至60重量％的量沉积在氧化物或非氧化物陶瓷载体上，所述陶瓷载体或者选自氧化物型材料，例如氧化硼、氧化铝、二氧化铈、二氧化硅、二氧化钛、氧化锆、氧化锌、氧化镁或氧化钙，优选选自氧化镁(MgO)、氧化钙(CaO)、氧化铝(Al2O3)、氧化锆(ZrO2)、二氧化钛(TiO2)或二氧化铈(CeO2)；铝和/或镁硅酸盐，例如富铝红柱石(2SiO2.3Al2O3)、堇青石(Mg2Al4Si5O18)或尖晶石相MgAl2O4；钙-钛混合氧化物(CaTiO3)或钙-铝混合氧化物(CaAl12O19)；钙的磷酸盐及其衍生物，例如羟磷灰石Ca10(PO4)6(OH)2或磷酸三钙Ca3(PO4)2；或钙钛矿型材料，例如La0.5Sr0.5Fe0.9Ti0.1O3-δ、La0.6Sr0.4Fe0.9Ga0.1O3-δ、La0.5Sr0.5Fe0.9Ga0.1O3-δ或La0.6Sr0.4Fe0.9Ti0.1O3-δ；或者选自非氧化物型材料，优选选自碳化物或氮化物，例如碳化硅(SiC)、氮化硼(BN)、氮化铝(AlN)或氮化硅(Si3N4)、“铝氧氮化硅”(SiAlON)；(iii)-任选地，最多达2.5体积％的化合物(C5-6)，其由至少一种下式所示的化学反应制成xFC5+yFC6→zFC5-6，在该公式中，FC5、FC6和FC5-6代表化合物(C5)、(C6)和(C5-6)各自的原式，且x、y和z代表大于或等于0的有理数；由此构成了由三层连续层{(CC1)、(CD1)、(CP1)}构成的组件E1，其中-化合物(C1)中实际存在的化学元素Mα、Mα′、Mα″、Mβ、Mβ′或Mβ″中的至少两种与化合物(C5)中实际存在的化学元素Mε、Mε′、Mε″、Mη、Mη′或Mη″中的两种相同；-化合物(C1)中实际存在的化学元素Mα、Mα′、Mα″、Mβ、Mβ′或Mβ″中的至少一种与化合物(C5)中实际存在的化学元素Mε、Mε′、Mε″、Mη、Mη′或Mη″中的一种不同；-化合物(C1)中实际存在的化学元素Mα、Mα′、Mα″、Mβ、Mβ′或Mβ″中的至少两种与化合物(C3)中实际存在的化学元素Mγ、Mγ′、Mγ″、Mδ、Mδ′或Mδ″中的两种相同；-化合物(C1)中实际存在的化学元素Mα、Mα′、Mα″、Mβ、Mβ′或Mβ″中的至少一种与化合物(C3)中实际存在的化学元素Mγ、Mγ′、Mγ″、Mδ、Mδ′或Mδ″中的一种不同；或者(a)-如上定义的致密层(CD1)，其厚度为ED1；(b)-如上定义的多孔层(CP1)，其与所述致密层(CD1)相邻，厚度为EP1；(c)-如上定义的催化层(CC1)，其厚度为EC1；和(d)-第二多孔层(CP2)，其插在所述催化层(CC1)和所述致密层(CD1)之间，厚度为EP2，体积孔隙率为20％至80％，所述多孔层(CP2)由材料(AP2)构成，该材料包含，以其体积为100％计(i)-至少75体积％和至多100体积％的式(IV)的化合物(C7)，该化合物选自在使用温度为具有钙钛矿相氧化物离子空位的晶格形式的掺杂陶瓷氧化物Mθ1-x-uMθ′xMθ″uMκ1-y-vMκ′yMκ″vO3-w(IV)其中-Mθ代表选自钪、钇或选自镧系、锕系或碱土金属族的原子；-Mθ′与Mθ不同，代表选自钪、钇或选自镧系、锕系或碱土金属族的原子；-Mθ″与Mθ和Mθ′不同，代表选自铝(Al)、镓(Ga)、铟(In)、铊(Tl)或选自碱土金属族的原子；-Mκ代表选自过渡金属的原子；-Mκ′与Mκ不同，代表选自过渡金属、铝(Al)、铟(In)、镓(Ga)、锗(Ge)、锑(Sb)、铋(Bi)、锡(Sn)、铅(Pb)或钛(Ti)的原子；-Mκ″与Mκ和Mκ′不同，代表选自过渡金属、碱土族金属、铝(Al)、铟(In)、镓(Ga)、锗(Ge)、锑(Sb)、铋(Bi)、锡(Sn)、铅(Pb)或钛(Ti)的原子；-0＜x≤0.5；-0≤u≤0.5；-(x+u)≤0.5；-0≤y≤0.9；-0≤v≤0.9；-0≤(y+v)≤0.9；且-w使得所述结构是电中性的；(ii)-任选地，最多达25体积％的化合物(C8)，其与化合物(C7)不同，或者选自氧化物型材料，例如氧化硼、氧化铝、氧化镓、二氧化铈、二氧化硅、二氧化钛、氧化锆、氧化锌、氧化镁或氧化钙，优选选自氧化镁(MgO)、氧化钙(CaO)、氧化铝(Al2O3)、氧化锆(ZrO2)、二氧化钛(TiO2)或二氧化铈(CeO2)；锶-铝混合氧化物SrAl2O4或Sr3Al2O6；钡-钛混合氧化物(BaTiO3)；钙-钛混合氧化物(CaTiO3)；铝和/或镁硅酸盐，例如富铝红柱石(2SiO2.3Al2O3)、堇青石(Mg2Al4Si5O18)或尖晶石相MgAl2O4；钙-钛混合氧化物(CaTiO3)；钙的磷酸盐及其衍生物，例如羟磷灰石Ca10(PO4)6(OH)2或磷酸三钙Ca3(PO4)2；或钙钛矿型材料，例如La0.5Sr0.5Fe0.9Ti0.1O3-δ、La0.6Sr0.4Fe0.9Ga0.1O3-δ、La0.5Sr0.5Fe0.9Ga0.1O3-δ或La0.6Sr0.4Fe0.9Ti0.1O3-δ；或者选自非氧化物型材料，优选选自碳化物或氮化物，例如碳化硅(SiC)、氮化硼(BN)、氮化铝(AlN)或氮化硅(Si3N4)、“铝氧氮化硅”(SiAlON)；或者选自镍(Ni)、铂(Pt)、钯(Pd)、或铑(Rh)；这些各种类型材料的金属合金或混合物；和(iii)-任选地，最多达2.5体积％的化合物(C7-8)，其由至少一种下式所示的化学反应制成xFC7+yFC8→zFC7-8，在该公式中，FC7、FC8和FC7-8代表化合物(C7)、(C8)和(C7-8)各自的原式，且x、y和z代表大于或等于0的有理数，由此构成由四层连续层{(CC1)、(CP2)、(CP1)、(CP1)}构成的组件E2，其中-化合物(C7)中实际存在的化学元素Mθ、Mθ′、Mθ″、Mκ、Mκ′或Mκ″中的至少两种与化合物(C5)中实际存在的化学元素Mε、Mε′、Mε″、Mη、Mη′或Mη″中的两种相同；-化合物(C7)中实际存在的化学元素Mθ、Mθ′、Mθ″、Mκ、Mκ′或Mκ″中的至少一种与化合物(C5)中实际存在的化学元素Mε、Mε′、Mε″、Mη、Mη′或Mη″中的一种不同；-化合物(C1)中实际存在的化学元素Mα、Mα′、Mα″、Mβ、Mβ′或Mβ″中的至少两种与化合物(C7)中实际存在的化学元素Mθ、Mθ′、Mθ″、Mκ、Mκ′或Mκ″中的两种相同；-化合物(C1)中实际存在的化学元素Mα、Mα′、Mα″、Mβ、Mβ′或Mβ″中的至少一种与化合物(C7)中实际存在的化学元素Mθ、Mθ′、Mθ″、Mκ、Mκ′或Mκ″中的一种不同；-化合物(C1)中实际存在的化学元素Mα、Mα′、Mα″、Mβ、Mβ′或Mβ″中的至少两种与化合物(C3)中实际存在的化学元素Mγ、Mγ′、Mγ″、Mδ、Mδ′或Mδ″中的两种相同；和-化合物(C1)中实际存在的化学元素Mα、Mα′、Mα″、Mβ、Mβ′或Mβ″中的至少一种与化合物(C3)中实际存在的化学元素Mγ、Mγ′、Mγ″、Mδ、Mδ′或Mδ″中的一种不同。
2.如权利要求1所述的以具有类似化学性质的材料的叠加层为基础的有序组件，其中材料(AD1)、(AP1)、(AC1)和(AP2)中分别任选存在的化合物(C1-2)、(C3-4)、(C5-6)和(C7-8)的体积比例趋向于0。
3.如权利要求1或2所述的以具有类似化学性质的材料的叠加层为基础的有序组件，其中材料(AD1)、(AP1)、(AC1)和(AP2)中任选存在的化合物(C2)、(C4)、(C6)和(C8)的体积比例大于或等于0.1％且小于或等于10％。
4.如权利要求1至3中一项所述的以具有类似化学性质的材料的叠加层为基础的有序组件，其中化合物(C1)选自式(Ia)的化合物La1-x-uMα′xMα″uMβ1-y-vMβ′yMβ″vO3-w(Ia)，相当于Mα代表镧原子时的式(I)；选自式(Ib)的化合物Mα1-x-uSr′xMα″uMβ1-y-vMβ′yMβ″vO3-w(Ib)，相当于Mα′代表锶原子时的式(II)；选自式(Ic)的化合物Mα1-x-uMα′xMα″uFe1-y-vMβ′yMβ″vO3-w(Ic)，相当于Mβ代表铁原子时的式(I)；选自式(Id)的化合物Mα1-x-uMα′xMα″uTi1-y-vMβ′yMβ″vO3-w(Id)，相当于Mβ代表钛原子时的式(I)；或选自式(Ie)的化合物Mα1-x-uMα′xMα″uGa1-y-vMβ′yMβ″vO3-w(Ie)，相当于Mβ代表镓原子时的式(I)。
5.如权利要求4所述的以具有类似化学性质的材料的叠加层为基础的有序组件，其中化合物(C1)选自式(If)的化合物La1-x-uSrxMα″uFe1-y-vMβ′yMβ″vO3-w(If)，相当于Mα代表镧原子、Mα′代表锶原子且Mβ代表铁原子时的式(I)；选自式(Ig)的化合物La1-x-uSrxMα″uTi1-y-vMβ′yMβ″vO3-w(Ig)，相当于Mα代表镧原子、Mα′代表锶原子且Mβ代表钛原子时的式(I)；选自式(Ih)的化合物La1-x-uSrxMα″uGa1-y-vMβ′yMβ″vO3-w(Ih)，相当于Mα代表镧原子、Mα′代表锶原子且Mβ代表镓原子时的式(I)；选自式(Ii)的化合物La1-x-uMα′xAluFe1-y-vMβ′yMβ″vO3-w(Ii)，相当于Mα″代表铝原子且Mβ代表铁原子时的式(Ia)；选自式(Ij)的化合物La1-x-uCaxMα″uFe1-y-vMβ′yMβ″vO3-w(Ij)，相当于Mα′代表钙原子且Mβ代表铁原子时的式(Ia)；或选自式(Ik)的化合物La1-x-uBaxMα″uFe1-y-vMβ′yMβ″vO3-w(Ik)，相当于Mα′代表钡原子且Mβ代表铁原子时的式(Ia)。
6.如权利要求5所述的以具有类似化学性质的材料的叠加层为基础的有序组件，其中化合物(C1)选自下式的那些La1-x-uSrxAluFe1-yTiyO3-w、La1-x-uSrxCauFe1-yTivO3-w、La1-x-uSrxBauFe1-yTiyO3-w、La1-x-uSrxAluFe1-yGayO3-w、La1-x-uSrxCauFe1-yGayO3-w、La1-x-uSrxBauFe1-yGayO3-w、La1-xSrxFe1-yTiyO3-w、La1-xSrxFe1-yGayO3-w、La1-x-uSrxCauFeO3-w、La1-uCauFeO3-w或La1-xSrxFeO3-w，其中-0＜x≤0.5；-0≤u≤0.5；-(x+u)≤0.5；-0≤y≤0.9；且-w使得所述结构是电中性的；更特别是下式的那些La0.6Sr0.4Fe0.9Ga0.1O3-w、La0.7Sr0.3Fe0.9Ga0.1O3-w、La0.8Sr0.2Fe0.7Ga0.3O3-w、La0.7Sr0.3Fe0.7Ga0.3O3-w或La0.5Sr0.5Fe0.9Ti0.1O3-w。
7.如权利要求1至6中一项所述的以具有类似化学性质的材料的叠加层为基础的有序组件，其中化合物(C3)选自式(IIa)的化合物La1-x-uMγ′xMγ″uMδ1-y-vMδ′yMδ″vO3-w(IIa)，相当于Mγ代表镧原子时的式(II)；选自式(IIb)的化合物Mγ1-x-uSrxMγ″uMδ1-y-vMδ′yMδ″vO3-w(IIb)，相当于Mα′代表锶原子时的式(II)；或选自式(IIc)的化合物Mγ1-x-uMγ′xMα″uFe1-y-vMδ′yMδ″vO3-w(IIc)，相当于Mδ代表铁原子时的式(II)。
8.如权利要求7所述的以具有类似化学性质的材料的叠加层为基础的有序组件，其中化合物(C3)选自式(IId)的化合物La1-x-uSrxMγ″uFe1-y-vMδ′yMδ″vO3-w(IId)，相当于Mγ′代表锶原子且Mδ代表铁原子时的式(IIa)；选自式(IIe)的化合物La1-x-uMγ′xAluFe1-y-vMδ′yMδ″vO3-w(IIe)，相当于Mγ″代表铝原子且Mκ代表铁原子时的式(IIa)；选自式(IIf)的化合物La1-uSruFe1-yMδ′yO3-w(IIf)，相当于Mγ′代表锶原子、Mδ代表铁原子且x和v等于0时的式(IIa)；选自式(IIg)的化合物La1-uCauFe1-yMδ′yO3-w(IIg)，相当于Mγ′代表钙原子、Mδ代表铁原子且x和v等于0时的式(IIa)；选自式(IIh)的化合物La1-uBauFe1-yMδ′yO3-w(IIh)，相当于Mγ′代表钡原子、Mδ代表铁原子且x和v等于0时的式(IIa)；选自式(IIi)的化合物La1-x-uSrxCauFe1-y-vMδ′yMδ″vO3-w(IIi)，相当于Mγ″代表钙原子时的式(IId)；或选自式(IIj)的化合物La1-x-uSrxBauFe1-y-vMδ′yMδ″vO3-w(IIi)，相当于Mγ″代表钡原子时的式(IId)；
9.如权利要求8所述的以具有类似化学性质的材料的叠加层为基础的有序组件，其中化合物(C3)选自下式的化合物La1-xSrxFe1-yGayO3-w、La1-xSrxFe1-yTiyO3-w、La1-xSrxFeO3-w、La1-uCauFe1-yGayO3-w、La1-uCauFe1-yTiyO3-w、La1-uCauFeO3-w、La1-uBauFe1-yGayO3-w、La1-uBauFe1-yTiyO3-w、La1-uBauFeO3-w、La1-x-uSrxAluFe1-yTiyO3-w、La1-x-uSrxCauFe1-yTiyO3-w、La1-x-uSrxBauFe1-yTiyO3-w、La1-x-uSrxAluFe1-yGayO3-w、La1-x-uSrxCauFe1-yGayO3-w、La1-x-uSrxBauFe1-yGayO3-w、La1-xSrxFe1-yTiyO3-w、La1-xSrxFe1-yAlyO3-w、La1-uCauFe1-yTiyO3-w、La1-uBauFe1-yTiyO3-w、La1-xSrxFe1-yGayO3-w、La1-uCauFe1-yGayO3-w、La1-uBauFe1-yGayO3-w、La1-uBauFeO3-w、La1-uCauFeO3-w或La1-xSrxFeO3-w，其中-0＜x≤0.5；-0≤u≤0.5；-(x+u)≤0.5；-0≤y≤0.9；且-w使得所述结构是电中性的；更特别为下式的那些La0.6Sr0.4Fe0.9Ga0.1O3-w、La0.9Sr0.1Fe0.9Ga0.1O3-w、La0.7Sr0.3Fe0.7Al0.3O3-w、La0.7Sr0.3Fe0.9Ga0.1O3-w、La0.8Sr0.2Fe0.7Ga0.3O3-w、La0.7Sr0.3Fe0.7Ga0.3O3-w、La0.5Sr0.5Fe0.9Ti0.1O3-w、La0.9Sr0.1Fe0.9Ti0.1O3-w、La0.6Sr0.4Fe0.2Co0.8O3-w、La0.7Sr0.3FeO3-w或La0.9Sr0.1Fe0.2Co0.8O3-w。
10.如权利要求1至9中一项所述的以具有类似化学性质的材料的叠加层为基础的有序组件，其中化合物(C5)选自式(IIIa)的化合物Mε1-x-uMε′xMε″uMη1-y-vNiyRhvO3-w(IIIa)相当于Mη′代表镍原子且Mη″代表铑原子时的式(III)；或选自式(IIIb)的化合物La1-x-uSrxMε″uFe1-y-vMη′yMη″vO3-w(IIIb)相当于Mε代表镧原子、Mε′代表锶原子且Mη代表铁原子时的式(III)。
11.如权利要求10所述的以具有类似化学性质的材料的叠加层为基础的有序组件，其中化合物(C5)选自下式的化合物La1-xCexFe1-y-vNiyRhvO3-w、La1-xCexFe1-yNiyO3-w、La1-xSrxFe1-y-vNiyRhvO3-w和La1-xSrxFe1-yNiyO3-w、其中-0＜x≤0.5；-0≤y≤0.9；-0≤v≤0.5；-0≤(y+v)≤0.9；且-w使得所述结构是电中性的；更特别为下式的那些La0.8Ce0.2Fe0.65Ni0.30Rh0.05O3-w、La0.8Ce0.2Fe0.7Ni0.3O3-w、La0.8Sr0.2Fe0.65Ni0.30Rh0.05O3-w、La0.6Sr0.4Fe0.7Ni0.3O3-w和La0.8Sr0.2Fe0.7Ni0.3O3-w。
12.如权利要求1至11中一项所述的以具有类似化学性质的材料的叠加层为基础的有序组件，其中化合物(C7)选自式(IVa)的化合物La1-x-uMθ′xMθ″uMκ1-y-vMκ′yMκ″vO3-δ(IVa)，相当于Mθ代表镧原子时的式(IV)；选自式(IVb)的化合物Mθ1-x-uSrxMθ″uMκ1-y-vMκ′yMκ″vO3-δ(IVb)，相当于Mθ′代表锶原子时的式(IV)；或选自式(IVc)的化合物Mθ1-x-uMθ′xMθ″uFe1-y-vMκyMκ″vO3-δ(IVc)，相当于Mκ代表铁原子时的式(IV)。
13.如权利要求12所述的以具有类似化学性质的材料的叠加层为基础的有序组件，其中化合物(C7)选自式(IVd)的化合物La1-x-uSrxMθ″uFe1-y-vMκ′yMκ″vO3-w(IVd)，相当于Mθ′代表锶原子且Mκ代表铁原子时的式(IVa)；选自式(IVe)的化合物La1-x-uMθ′xAluFe1-y-vMκ′yMκ″vO3-w(IVe)，相当于Mθ″代表铝原子且Mκ代表铁原子时的式(IVa)；选自式(IVf)的化合物La1-uSruFe1-yMκ′yO3-w(IVf)，相当于Mθ′代表锶原子、Mκ代表铁原子且x和v等于0时的式(IVa)；选自式(IVg)的化合物La1-uCauFe1-yMκ′yO3-w(IVg)，相当于Mθ′代表钙原子、Mκ代表铁原子且x和v等于0时的式(IVa)；选自式(IVh)的化合物La1-uBauFe1-yMκ′yO3-w(IVh)，相当于Mθ′代表钡原子、Mκ代表铁原子且x和v等于0时的式(IVa)；选自式(IVi)的化合物La1-x-uSrxCauFe1-y-vMκ′yMκ″vO3-w(IVi)，相当于Mθ″代表钙原子时的式(IVh)；或选自式(IVj)的化合物La1-x-uSrxBauFe1-y-vMκ′yMκ″vO3-w(IVi)，相当于Mθ″代表钡原子时的式(IVd)。
14.如权利要求13所述的以具有类似化学性质的材料的叠加层为基础的有序组件，其中化合物(C7)选自下式的化合物La1-xSrxFe1-yGayO3-w、La1-xSrxFe1-yTiyO3-w、La1-xSrxFeO3-w、La1-uCauFe1-yGayO3-w、La1-uCauFe1-yTiyO3-w、La1-uCauFeO3-w、La1-uBauFe1-yGayO3-w、La1-uBauFe1-yTiyO3-w、或La1-uBauFeO3-w、La1-x-uSrxAluFe1-yTiyO3-w、La1-x-uSrxCauFe1-yTiyO3-w、La1-x-uSrxBauFe1-yTiyO3-w、La1-x-uSrxAluFe1-yGayO3-w、La1-x-uSrxCauFe1-yGayO3-w、La1-x-uSrxBauFe1-yGayO3-w、La1-xSrxFe1-yTiyO3-w、La1-xSrxFe1-yAlyO3-w、La1-uCauFe1-yTiyO3-w、或La1-uBauFe1-yTiyO3-w、La1-xSrxFe1-yGayO3-w、La1-uCauFe1-yGayO3-w、La1-uBauFe1-yGayO3-w、La1-uBauFeO3-w、La1-uCauFeO3-w或La1-xSrxFeO3-w，其中-0＜x≤0.5；-0≤u≤0.5；-(x+u)≤0.5；-0≤y≤0.9；且-w使得所述结构是电中性的；更特别为下式的那些La0.6Sr0.4Fe0.9Ga0.1O3-w、La0.9Sr0.1Fe0.9Ga0.1O3-w、La0.7Sr0.3Fe0.7Al0.3O3-w、La0.7Sr0.3Fe0.9Ga0.1O3-w、La0.8Sr0.2Fe0.7Ga0.3O3-w、La0.7Sr0.3Fe0.7Ga0.3O3-w、La0.5Sr0.5Fe0.9Ti0.1O3-w、La0.9Sr0.1Fe0.9Ti0.1O3-w、La0.6Sr0.4Fe0.2Co0.8O3-w、La0.7Sr0.3FeO3-w或La0.9Sr0.1Fe0.2Co0.8O3-w。
15.如权利要求1至14中一项所述的以叠加层为基础的有序组件，其特征在于包含或者(a)-如上定义的致密层(CD1)，其厚度为ED1；(b)-如上定义的的多孔层(CP1)，其与所述致密层(CD1)相邻，厚度为EP1；(c)-如上定义的催化层(CC1)，其厚度为EC1；其中-化合物(C1)中实际存在的Mα和Mβ分别与化合物(C5)中实际存在的Mε和Mη相同；-化合物(C1)中实际存在的Mα和Mβ分别与化合物(C3)中实际存在的Mγ和Mδ相同；或者(a)-如上定义的致密层(CD1)，其厚度为ED1；(b)-如上定义的的多孔层(CP1)，其与所述致密层(CD1)相邻，厚度为EP1；(c)-如上定义的催化层(CC1)，其厚度为EC1；和(d)第二多孔层(CP2)，其厚度为EP2；其中-化合物(C7)中实际存在的Mθ和Mκ分别与化合物(C5)中实际存在的Mε和Mη相同；-化合物(C1)中实际存在的Mα和Mβ分别与化合物(C7)中实际存在的Mθ和Mκ相同；且-化合物(C1)中实际存在的Mα和Mβ分别与化合物(C3)中实际存在的Mγ和Mδ相同；
16.如权利要求15所述的以叠加层为基础的有序组件，其特征在于包含或者(a)-如上定义的致密层(CD1)，其厚度为ED1；(b)-如上定义的的多孔层(CP1)，其与所述致密层(CD1)相邻，厚度为EP1；(c)-如上定义的催化层(CC1)，其厚度为EC1；其中Mα、Mε和Mγ各自代表镧原子，Mβ、Mη和Mδ各自代表铁原子；或者(a)-如上定义的致密层(CD1)，其厚度为ED1；(b)-如上定义的的多孔层(CP1)，其与所述致密层(CD1)相邻，厚度为EP1；(c)-如上定义的催化层(CC1)，其厚度为EC1；和(d)第二多孔层(CP2)，其厚度为EP2；其中Mθ、Mα、Mε和Mγ各自代表镧原子，Mκ、Mβ、Mη和Mδ各自代表铁原子。
17.如权利要求1至16中一项所述的以具有类似化学性质的材料的叠加层为基础的有序组件，其特征在于包含或者(a)-致密层(C’D1)，其对应于如上定义的层(CD1)，其材料(AD1)包含，以其体积为100％计(i)-至少95体积％和至多100体积％的化合物(C1)，该化合物选自下式的化合物La1-x-uSrxAluFe1-yTiyO3-w、La1-x-uSrxCauFe1-yTiyO3-w、La1-x-uSrxBauFe1-yTiyO3-w、La1-x-uSrxAluFe1-yGayO3-w、La1-x-uSrxCauFe1-yGayO3-w、La1-x-uSrxBauFe1-yGayO3-w、La1-xSrxFe1-yTiyO3-w、La1-xSrxFe1-yGayO3-w、La1-x-uSrxGauFeO3-w、La1-uCauFeO3-w或La1-xSrxFeO3-w，其中-0＜x≤0.5；-0≤u≤0.5；-(x+u)≤0.5；-0≤y≤0.9；且-w使得所述结构是电中性的；(ii)-任选地，最多达5体积％的如上定义的化合物(C2)，其与化合物(C1)不同；和(iii)-任选地，最多达0.5体积％的化合物(C1-2)，其由至少一种下式所示的化学反应制成xFC1+yFC2→zFC1-2，在该公式中，FC1、FC2和FC1-2代表化合物(C1)、(C2)和(C1-2)各自的原式，且x、y和z代表大于或等于0的有理数；(b)-多孔层(C’P1)，其对应于如上定义的层(CP1)，其材料(AP1)包含，以其体积为100％计(i)-至少95体积％和至多100体积％的化合物(C3)，该化合物选自下式的化合物La1-xSrxFe1-yGayO3-w、La1-xSrxFe1-yTiyO3-w、La1-xSrxFeO3-w、La1-uCauFe1-yGayO3-w、La1-uCauFe1-yTiyO3-w、La1-uCauFeO3-w、La1-uBauFe1-yGayO3-w、La1-uBauFe1-yTiyO3-w、La1-uBauFeO3-w、La1-x-uSrxAluFe1-yTiyO3-w、La1-x-uSrxCauFe1-yTiyO3-w、La1-x-uSrxBauFe1-yTiyO3-w、La1-x-uSrxAluFe1-yGayO3-w、La1-x-uSrxCauFe1-yGayO3-w或La1-x-uSrxBauFe1-yGayO3-w，其中-0＜x≤0.5；-0≤u≤0.5；-(x+u)≤0.5；-0≤y≤0.9；且-w使得所述结构是电中性的；(ii)-任选地，最多达5体积％的如上定义的化合物(C4)，其与化合物(C3)不同；和(iii)-任选地，最多达0.5体积％的化合物(C3-4)，其由至少一种下式所示的化学反应制成xFC3+yFC4→zFC3-4，在该公式中，FC3、FC4和FC3-4代表化合物(C3)、(C4)和(C3-4)各自的原式，且x、y和z代表大于或等于0的有理数；(c)-和催化层(C’C1)，其对应于如上定义的层(CC1)，其材料(AC1)包含，以其体积为100％计(i)-至少95体积％和至多100体积％的化合物(C5)，该化合物选自下式的化合物La1-xCexFe1-y-vNiyRhvO3-w、La1-xCexFe1-yNiyO3-w、La1-xSrxFe1-y-vNiyRhvO3-w、La0.6Sr0.4Fe0.70Ni0.30O3-w和La1-xSrxFe1-yNiyO3-w，其中-0＜x≤0.5；-0≤y≤0.7；-0≤v≤0.5；-0≤(y+v)≤0.8；且-w使得所述结构是电中性的；(ii)-任选地，最多达5体积％的如上定义的化合物(C6)，其与化合物(C5)不同；和(iii)-任选地，最多达0.5体积％的化合物(C5-6)，其由至少一种下式所示的化学反应制成xFC5+yFC6→zFC5-6，在该公式中，FC5、FC6和FC5-6代表化合物(C5)、(C6)和(C5-6)各自的原式，且x、y和z代表大于或等于0的有理数；或者(a)-如上定义的致密层(C’D1)；(b)-如上定义的多孔层(C’P1)；(c)-如上定义的催化层(C’C1)；和(d)-第二多孔层(C’P2)，其对应于如上定义的层(CP2)，其材料(AP2)包含，以其体积为100％计(i)-至少95体积％和至多100体积％的化合物(C7)，该化合物选自下式的化合物La1-xSrxFe1-yGayO3-w、La1-xSrxFe1-yTiyO3-w、La1-xSrxFeO3-w、La1-uCauFe1-yGayO3-w、La1-uCauFe1-yTiyO3-w、La1-uCauFeO3-w、La1-uBauFe1-yGayO3-w、La1-uBauFe1-yTiyO3-w、La1-uBauFeO3-w、La1-x-uSrxAluFe1-yTiyO3-w、La1-x-uSrxCauFe1-yTiyO3-w、La1-x-uSrxBauFe1-yTiyO3-w、La1-x-uSrxAluFe1-yGayO3-w、La1-x-uSrxCauFe1-yGayO3-w或La1-x-uSrxBauFe1-yGayO3-w，其中-0＜x≤0.5；-0≤u≤0.5；-(x+u)≤0.5；-0≤y≤0.9；且-w使得所述结构是电中性的；(ii)-任选地，最多达5体积％的如上定义的化合物(C8)，其与化合物(C7)不同；和(iii)-任选地，最多达0.5体积％的化合物(C7-8)，其由至少一种下式所示的化学反应制成xFC7+yFC8→zFC7-8，在该公式中，FC7、FC8和FC7-8代表化合物(C7)、(C8)和(C7-8)各自的原式，且x、y和z代表大于或等于0的有理数。
18.如权利要求17所述的以具有类似化学性质的材料的叠加层为基础的有序组件，其特征在于包含或者(a)-致密层(C”D1)，其对应于如上定义的层(C’D1)，其材料(AD1)包含，以其体积为100％计(i)-至少95体积％和至多100体积％的化合物(C1)，该化合物选自下式的化合物La0.6Sr0.4Fe0.9Ga0.1O3-w、La0.7Sr0.3Fe0.9Ga0.1O3-w、La0.8Sr0.2Fe0.7Ga0.3O3-w、La0.7Sr0.3Fe0.7Ga0.3O3-w或La0.5Sr0.5Fe0.9Ti0.1O3-w；(ii)-任选地，最多达5体积％的如上定义的化合物(C2)，其与化合物(C1)不同；和(iii)-任选地，最多达0.5体积％的化合物(C1-2)，其由至少一种下式所示的化学反应制成xFC1+yFC2→zFC1-2，在该公式中，FC1、FC2和FC1-2代表化合物(C1)、(C2)和(C1-2)各自的原式，且x、y和z代表大于或等于0的有理数；(b)-多孔层(C”P1)，其对应于如上定义的层(C’P1)，其材料(AP1)包含，以其体积为100％计(i)-至少95体积％和至多100体积％的化合物(C3)，该化合物选自下式的化合物La0.6Sr0.4Fe0.9Ga0.1O3-w、La0.9Sr0.1Fe0.9Ga0.1O3-w、La0.5Sr0.5Fe0.9Ti0.1O3-w、La0.9Sr0.1Fe0.9Ti0.1O3-w、La0.6Sr0.4Fe0.2Co0.8O3-w或La0.9Sr0.1Fe0.2Co0.8O3-w、La0.7Sr0.3Fe0.9Ga0.1O3-w、La0.8Sr0.2Fe0.7Ga0.3O3-w、La0.7Sr0.3Fe0.7Ga0.3O3-w；(ii)-任选地，最多达5体积％的如上定义的化合物(C4)，其与化合物(C3)不同；和(iii)-任选地，最多达0.5体积％的化合物(C3-4)，其由至少一种下式所示的化学反应制成xFC3+yFC4→zFC3-4，在该公式中，FC3、FC4和FC3-4代表化合物(C3)、(C4)和(C3-4)各自的原式，且x、y和z代表大于或等于0的有理数；(c)和催化层(C”C1)，其对应于如上定义的层(C’C1)，其材料(AC1)包含，以其体积为100％计(i)-至少95体积％和至多100体积％的化合物(C5)，该化合物选自下式的化合物La0.8Ce0.2Fe0.65Ni0.30Rh0.05O3-w、La0.8Ce0.2Fe0.7Ni0.3O3-w、La0.8Sr0.2Fe0.65Ni0.30Rh0.05O3-w、La0.6Sr0.4Fe0.7Ni0.30O3-w和La0.8Sr0.2Fe0.7Ni0.3O3-w；(ii)-任选地，最多达5体积％的如上定义的化合物(C6)，其与化合物(C5)不同；和(iii)-任选地，最多达0.5体积％的化合物(C5-6)，其由至少一种下式所示的化学反应制成xFC5+yFC6→zFC5-6，在该公式中，FC5、FC6和FC5-6代表化合物(C5)、(C6)和(C5-6)各自的原式，且x、y和z代表大于或等于0的有理数；或者(a)-如上定义的致密层(C”D1)；(b)-如上定义的多孔层(C”P1)；(c)-如上定义的催化层(C”C1)；(d)-第二多孔层(C”P2)，其对应于如上定义的层(C’P2)，其材料(AP2)包含，以其体积为100％计(i)-至少95体积％和至多100体积％的化合物(C7)，该化合物选自下式的化合物La0.6Sr0.4Fe0.9Ga0.1O3-w、La0.9Sr0.1Fe0.9Ga0.1O3-w、La0.5Sr0.5Fe0.9Ti0.1O3-w、La0.9Sr0.1Fe0.9Ti0.1O3-w、La0.6Sr0.4Fe0.2Co0.8O3-w、La0.9Sr0.1Fe0.2Co0.8O3-w、La0.7Sr0.3Fe0.9Ga0.1O3-w、La0.8Sr0.2Fe0.7Ga0.3O3-w或La0.7Sr0.3Fe0.7Ga0.3O3-w；(ii)-任选地，最多达5体积％的如上定义的化合物(C8)，其与化合物(C7)不同；和(iii)-任选地，最多达0.5体积％的化合物(C7-8)，其由至少一种下式所示的化学反应制成xFC7+yFC8→zFC7-8，在该公式中，FC7、FC8和FC7-8代表化合物(C7)、(C8)和(C7-8)各自的原式，且x、y和z代表大于或等于0的有理数。
19.如权利要求1至17任一项所述的以具有类似化学性质的材料的叠加层为基础的有序组件，其特征在于材料(AD1)、(AP1)、(AC1)和如果适当，(AP2)，和存在时的各化合物(C2)、(C4)和(C8)各自独立地选自氧化镁(MgO)、氧化钙(CaO)、氧化铝(Al2O3)、氧化锆(ZrO2)、二氧化钛(TiO2)、锶-铝混合氧化物SrAl2O4或Sr3Al2O6、钡-钛混合氧化物(BaTiO3)、钙-钛混合氧化物(CaTiO3)、La0.5Sr0.5Fe0.9Ti0.1O3-ω或La0.6Sr0.4Fe0.9Ga0.1O3-ω。
20.内体积为V的反应器，用于通过天然气的氧化制造合成气，其特征在于或者包含如权利要求1至19中一项所述的以具有类似化学性质的材料的叠加层为基础的管状有序组件，其中能够促进用气态氧将甲烷氧化成一氧化碳的反应的催化层(CC1)位于在一个末端被封闭的所述管状组件的外表面上，或者包含平行安装的数个所述管状组件的组合，其特征在于反应器内部的自由体积Vf大于或等于0.25V且优选大于或等于0.5V。
21.如权利要求20所述的反应器，其中体积Vf的非零部分含有蒸汽重整催化剂。
全文摘要
一种组件，其特征在于或者包含由包含至少75体积％和至多100体积％式(I)M
文档编号B01D53/22GK101072627SQ200580042201
公开日2007年11月14日 申请日期2005年12月6日 优先权日2004年12月10日
发明者T·沙尔捷, P·德尔加罗, G·埃切瓜扬 申请人:乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司