[發明專利]負載鐵鎳合金納米粒子的RP結構的氧化物及其制備與應用

在審

• 申請號: 201711232713.0
• 申請日: 2017-11-30
• 公開（公告）號: CN109860626A
• 公開（公告）日: 2019-06-07
• 發明（設計）人: 楊維慎;胡世慶;朱雪峰
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: H01M4/86
• 分類號: H01M4/86;H01M4/90
• 代理公司: 沈陽晨創科技專利代理有限責任公司 21001
• 代理人: 鄭虹

本發明公開一種負載鐵鎳合金納米粒子的RP結構的氧化物及其制備和應用。該催化劑為負載鐵鎳合金納米粒子的Ruddlesden?Popper(RP)結構的氧化物，其結構特征組成為：Fe_1?mNi_m@La_2?2xB_2xM_2yFe_1?2yO_4?δ；式中0<m<1，0.4≤2x≤1.6，0≤2y≤0.8，δ表示氧空位數量；B選自Ca、Ba、Sr、Pb和Bi中的至少一種；M選自Al、Cr、Mn、Ni、Zr、Ti和Y中的至少一種。該催化劑以鈣鈦礦結構的氧化物為前驅體，前驅體的特征組成為La_1?xB_xM_yFe_1?yO_3?δ,式中x，y，M含義與上述相同；通過原位還原的方法，可一步制得負載鐵鎳合金納米粒子的RP結構的氧化物催化劑，該催化劑可用作固體氧化物電解池的陰極材料，用于CO₂電還原。該類催化劑具有較高的CO₂電還原性能，且穩定性良好，優于現有技術中的部分陰極材料。

技術領域

本發明屬于固體氧化物電解池領域，具體涉及負載鐵鎳合金納米粒子的RP結構的氧化物及其制備與應用。

背景技術

近年來，人類社會對于化石資源的過度依賴，導致大氣中二氧化碳的濃度逐年增加，對全球氣候和生態環境帶來極大的威脅。為了解決溫室效應的問題，有效減少CO₂排放和高效利用CO₂的技術成為科學家們近年來的研究熱點。現階段，我國社會經濟的快速發展意味著CO₂排放量的逐年增加，在國際減排的巨大壓力下，CO₂的排放與利用也將成為我國亟需解決的重要問題。目前最具吸引力的解決方案是將二氧化碳轉化為有用的原料，不僅可以緩解溫室效應，還能保障社會經濟的可持續發展。另一方面，可再生能源(如：風能、潮汐能、太陽能發電)新技術受到世界范圍的高度重視，并得到快速的發展。然而這類發電技術受天氣的影響并不能提供穩定的電力輸出，因此它們的使用具有地域性。目前電能儲存方式如儲能電池、抽水、壓縮空氣等涉及電能-化學能或機械能-化學能的多次轉化，降低了能量效率。基于此，采用高溫固體氧化物電解池(HT-SOECs)電催化還原二氧化碳，可以將可再生能源與CO₂的轉化利用相結合，把電能轉化為化學能儲存于CO等易于運輸的化學品中，能令人滿意地解決上述兩個問題。

HT-SOECs主要由陰極(燃料電極)、陽極(氧電極)和致密電解質(氧離子導體)組成。對于CO₂-H₂O共電解，CO₂和H₂O通向陰極并得到電子，形成CO和H₂，是合成氣的組分；而氧離子則通過電解質從陰極到達陽極，并在陽極失去電子形成氧氣。近幾年，SOECs受到極大的關注，得到快速的發展，特別是CO₂-H₂O共電解技術，因其電解產物可以是合成氣，其發展速度更是史無前例。傳統的Ni-YSZ金屬陶瓷電極因其優異的電催化活性、成本低、優異的化學穩定性和合適的熱膨脹系數等優點被廣泛用做水電解的SOEC的陰極材料。然而，在CO₂-H₂O共電解過程中，Ni-YSZ電極存在易積炭、氧化還原穩定性差、金屬催化劑熱穩定性差、易受硫毒化等缺點，導致SOECs的性能穩定性變差。除了傳統的Ni-YSZ金屬陶瓷電極外，混合離子導體(MIEC)因其具有優異的混合離子電子導電性、良好的電催化活性、優異的氧化還原穩定性、抗積炭、耐硫毒化等優勢備受研究者們的關注。目前，用于SOEC陰極的MIEC主要有三大類：1.鈣鈦礦類氧化物；2.雙層鈣鈦礦類氧化物；3.Ruddlesden-Popper(RP)氧化物等。然而，此類材料的電催化活性明顯小于傳統Ni-YSZ金屬陶瓷電極。

因此，關于固體氧化物電解池陰極材料的研究仍有待深入。

發明內容