[發明專利]一種用于CO2

有效

• 申請號: 202010077336.3
• 申請日: 2020-01-28
• 公開（公告）號: CN111394748B
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發明（設計）人: 朱建新;樂王旭;趙佳
• 申請（專利權）人: 中國科學院生態環境研究中心
• 主分類號: C25B11/042
• 分類號: C25B11/042;C25B1/23;B22F9/22;B22F1/00;B82Y30/00;B82Y40/00
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本發明涉及用于CO₂電解的固體氧化物電解池陰極材料，具體說是一種A缺位的層狀鈣鈦礦陰極材料Pr_0.9Ba_0.9Mn_2?5xFe_4xNi_xO_5+δ(PBMFNO，x＝0.04～0.20)及其應用。本發明的特征在于：對鈦礦材料Pr_0.5Ba_0.5MnO₃材料在A位引入Pr、Ba缺位，B位摻入Fe、Ni兩種過渡金屬離子，分子式為Pr_0.45Ba_0.45Mn_1?5yFe_4yNi_yO_3?δ(y＝0.02～0.10)，通過H₂還原使其轉變PBMFNO，同時原位脫溶出的尺寸介于30?50nm的鐵鎳合金FeNi₃納米顆粒。本發明制備出的鈣鈦礦陰極材料具有良好的穩定性和CO₂催化活性，可以有效降低陰極極化。

技術領域

本發明涉及一種用于CO₂高溫電解的固體氧化物電解池(SOEC)陰極材料，具體地說是一種鐵鎳合金原位脫溶的Pr_0.9Ba_0.9Mn_2-5xFe_4xNi_xO_5+σ(PBMFNO，x＝0.04～0.20)層狀鈣鈦礦陰極材料，以及包含該陰極材料的SOEC陰極。

背景技術

我國能源結構具有“貧油，少氣，富煤”的特點，近年來國家不斷推動和支持新型煤化工行業的發展來緩解過分依賴國外石油，天然氣進口的現狀。目前，新型煤化工行業技術不斷創新和突破，特別是在煤直接或間接液化，煤制油，天然氣，甲醇和烯烴等工藝方面，但是大量產生和排放的副產物CO₂給環境帶來了嚴重的負擔。

CO₂的電化學催化轉化具有快速高效和產品純度高的特點，特別是基于SOEC的高溫電解，可以直接將CO₂的還原為CO。利用高溫電解實現CO₂的資源化不僅有利于環境保護，而且有利于創造額外的經濟效益。產生的CO不僅可以作為燃料氣，而且還可以作為原料用于化工合成烯烴，進一步生產高附加值的化工產品。

傳統的Ni基陶瓷陰極材料在高溫CO₂氣氛中容易積碳，電解過程中Ni表面產生的無定型碳和石墨不僅會堵塞三相界面，而且會進一步擴散到Ni基體，進而造成整個陰極材料失效。最近，Pr_0.5Ba_0.5MnO₃等鈣鈦礦基陰極材料得到了廣泛的關注(Nature Materials,2015,14: 205-209)，該材料體系具有良好的抗積碳性能。但是，鈣鈦礦基陰極材料對于CO₂吸附性能較差、催化活性較弱、電解過程極化損失大，如何提高其電極活性及對CO₂的催化能力是需要解決的關鍵問題。

發明內容

本發明的目的是為了克服鈣鈦礦基陰極材料對CO₂電催化活性不足的問題，在鈣鈦礦 Pr_0.5Ba_0.5MnO₃材料的A位引入Pr、Ba缺位，B位摻入Fe、Ni兩種過渡金屬離子，分子式為Pr_0.45Ba_0.45Mn_1-5yFe_4yNi_yO_3-δ(y＝0.02～0.10)，通過H₂還原使其轉變為層狀鈣鈦礦結構，同時原位脫溶出的尺寸介于30-50nm的鐵鎳合金FeNi₃納米顆粒，獲得一種用于CO₂電解的鐵鎳合金原位脫溶的高活性PBMFNO陰極材料。通過大量實驗，本發明人發現，原位脫溶的鐵鎳合金納米顆粒具有良好的穩定性，可以顯著提高陰極材料的催化活性，降低電解過程的陰極極化。