[发明专利]一种低温制备纯相氧化物材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种低温制备纯相氧化物材料的方法，属于材料制备领域。

技术背景

随着全球能源危机及环境污染的逐渐加剧，世界各国都在斥巨资用于新型 能源材料的开发。2005年由中、美、日、韩、俄以及欧盟推出的继国际空间站 之后最大的国际科学合作项目——ITER计划(国际热随着全球能源危机及环境 污染的逐渐加剧，世界各国都在斥巨资用于新型能源材料的开发。2005年由中、 美、日、韩、俄以及欧盟推出的继国际空间站之后最大的国际科学合作项目— —ITER计划(国际热核聚变反应堆合作计划)开始实施，该计划一旦成功，将为 人类带来取之不尽、用之不竭的清洁能源。

掺杂的纯相氧化物尤其是钙钛矿型(ABO₃)材料不仅可以在ITER计划中 用于氢及其同位素的分离，还可用于有机物的加氢、脱氢反应用于制备乙烯、 氨等基础化工原料，金属冶炼中氢的测试与分离以及高温电解水制氢等。目前 制备该类材料的方法主要是固相反应法，该方法虽然工艺简单，生产成本低， 设备投资小，但物料混合不均匀、反应温度高、时间长、合成产品纯度低、粒 径大且分布不均匀。为了弥补固相法的缺点，人们尝试用溶胶-凝胶法、共沉淀 法、水热法等制备粉体。溶胶-凝胶法虽然可以使反应物组分在溶液中以分子级 水平均匀混合，增大了组分接触反应表面积，加速了反应进程，降低了反应速 度，但该方法工艺复杂，原料及工艺成本高，产率低，这些都严重影响了其实 际应用。共沉淀法虽然产品纯度较高，工艺流程易于控制，适用面广，但成本 较高，粒度控制困难，粉体容易团聚，对随后的烧结不利。水热法虽然能耗低， 形貌和粒径可控，但制备条件苛刻，尤其不适合制备具有精确化学计量比的多 组分化合物。燃烧法虽然可有效降低合成温度，反应时间短，易于得到粒度较 小的粉体材料，但该方法得到的样品往往纯度不高，且易出现粉体的烧结现象。 以上方法虽然各有优点，但由于各自的缺陷限制了它们的实际应用。

发明内容

本发明的目的就是针对上述固相法与液相法的缺点而提供一种低温制备纯 相氧化物材料的方法。

该方法包括下述步骤：

(1)按化学式AB_xM_1-xO₃配比原料后溶于水中，充分搅拌均匀；其中，B 选用Zr、Ce、Ti、Ga元素，选用的原料为其元素的可溶性硝酸盐；M选用In，Ga， Sc，La系，Y，Mg元素，选用的原料为其元素的的可溶性硝酸盐；x＝0.50～1.0。

(2)在步骤(1)的混合溶液中按化学式AB_xM_1-xO₃加入A元素；A选用 Ca、Ba、Sr等元素，选用的原料为其元素的碳酸盐、草酸盐、硝酸盐、醋酸盐、 碱性氢氧化物、氢氧化物或氧化物；x＝0.50～1.0。

(3)在步骤(2)的混合溶液中加入质量为原料总质量的1～20％的聚乙二 醇(PEG)或者聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)分散剂；

(4)将步骤(3)的混合溶液置于50～100℃水浴/油浴中加热搅拌，溶液变 为凝胶；将所得凝胶在600～1000℃反应2～10小时。

本发明与现有其他方法相比，具有如下优点：

本发明采用的固相物料可溶于水解的液相物料中，从而实现了原料在分子 级水平的均匀混合，克服了固相法物料混合不均匀和液相法工艺复杂的缺点；

该发明由于实现了原料在分子级水平的混合，中间产物活性高、易反应， 从而有效降低了合成反应温度，缩短了反应时间，显著降低了能源消耗。所得 产品粒径小，活性高，有助于产品的烧结和材料性能的提高。

本发明可用于多种矿相包括钙钛矿型(ABO₃)、尖晶石型(AB₂O₄)、反尖 晶石型(B(AB)O₄)、橄榄石型(A₂BO₄)、烧绿石型(A₂B₂O₇)、复合钙钛矿型 (A₂(BM)O₆、A₃(BM₂)O₉)等复合氧化物材料的制备。

本方法工艺简单、制造成本低、设备简单，易于实现产业化生产。

附图说明