[發明專利]一種表面改性的鈣鈦礦氧化物電催化劑及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202211213761.6
• 申請日: 2022-09-30
• 公開（公告）號: CN115572987A
• 公開（公告）日: 2023-01-06
• 發明（設計）人: 張弛;晁洋;柯文學;崔宇;林堅彬
• 申請（專利權）人: 五邑大學
• 主分類號: C25B1/04
• 分類號: C25B1/04;C25B11/091
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 黃琳娟

本發明公開了一種表面改性的鈣鈦礦氧化物電催化劑及其制備方法和應用。所述表面改性的鈣鈦礦氧化物為La_1?xSr_xNiO_3?δ，其中0x≤0.40；所述表面改性的鈣鈦礦氧化物表面具有片狀的NiO。經過電化學測試，本發明制備的表面改性的鈣鈦礦氧化物La_1?xSr_xNiO_3?δ電催化劑，能顯著降低OER發生需要的過電勢，從而顯著提升電催化性能。本發明通過溶膠凝膠法制備鈣鈦礦氧化物，再經過酸性溶液的腐蝕進行表面改性而得到的鈣鈦礦氧化物電催化劑，相比于傳統的用貴金屬制備的電催化劑，成本大大降低，制備過程簡單，制備工藝要求低，產品結構穩定，過程綠色無污染，適合進行大量生產。

技術領域

本發明屬于催化劑領域，具體涉及一種表面改性的鈣鈦礦氧化物電催化劑及其制備方法和應用。

背景技術

隨著人們對能源的依賴性日漸增長，能源枯竭和環境污染問題也日益突出。當前能源供給主要是石油、煤炭、天然氣和可再生資源。但前三種能源供給占能源需求總量的80％，表明當前主要還是以傳統的化石燃料作為主要能源。因此，尋找可再生能源對實現可持續發展具有重要意義。氫氣作為一種新型能源，有著燃燒值大、燃燒產物清潔無污染和存儲方便等優勢，是一種最為理想的可持續的替代能源。在諸多氫氣制造手段中，電解水制氫是最清潔、安全和高效的手段。電化學水分解包括陽極的析氧反應(OER)和陰極的析氫反應。其中在陽極發生的析氧反應需要四電子轉移，其復雜的中間產物和緩慢的動力學速度嚴重限制了電化學水分解的應用。其反應常常需要施加較高的過電勢(Overpotential，η)才能發生，通過使用催化劑能夠降低反應發生所需的吉布斯自由能，從而減小過電勢η。由此，提升電解水制氫效率的關鍵在于研究出高效的OER催化劑。

當前主要的OER催化劑材料是IrO₂或RuO₂，它們具備超高的催化活性，但是Ir或Ru元素的地球豐度小、穩定性差等原因限制了其商業化的應用。因此，當前研究者已經逐漸將眼光放在了其他高性能非貴金屬電催化劑和非金屬催化劑上。其中的鈣鈦礦氧化物因成本低、組成靈活和高本征活性成為研究焦點。并且鈣鈦礦氧化物還可以通過內外結合調節催化性能：內部調節主要通過調節電子結構、氧空位和摻雜等手段完成；外部調節主要通過復合材料、材料納米化、優化形貌和制造多孔結構等。但是鈣鈦礦氧化物的本征活性低、電子電導率不高和長期穩定性差等缺點成為了限制其廣泛使用的瓶頸。設計出高本征活性、高電子電導率和穩定性優異的鈣鈦礦氧化物催化劑是解決問題的關鍵。

發明內容

本發明旨在至少解決上述現有技術中存在的技術問題之一。為此，本發明提出一種表面改性的鈣鈦礦氧化物電催化劑及其制備方法和應用。本發明提供的鈣鈦礦氧化物(La_1-xSr_xNiO_3-δ)表面具有片狀的NiO，經過電化學測試，制備的表面改性的鈣鈦礦氧化物電催化劑，能顯著降低OER發生需要的過電勢，從而顯著提升電催化性能。所述制備方法工藝簡單、成本低、綠色環保。

根據本發明的一個方面，提出了一種表面改性的鈣鈦礦氧化物，其由上述制備方法制備得到。

本法明制備得到的表面改性的鈣鈦礦氧化物的化學式為La_1-xSr_xNiO_3-δ，其中0x≤0.40，例如x＝0.05、0.1、0.15、0.2、0.3或0.4或其區間中的任意值；優選地，0x≤0.20。

根據本發明的另一個方面，提出了一種表面改性的鈣鈦礦氧化物的制備方法。

包括以下步驟：

(1)將原料溶解；加熱攪拌使溶液呈凝膠狀，得到樣品A；所述原料包括La離子、Ni離子和Sr離子的可溶性鹽。

(2)將所述樣品A進行干燥，研磨，得到粉末樣品B；