[发明专利]一种钙钛矿型核壳结构的金属氧化物及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种钙钛矿型核壳结构的金属氧化物，所述金属氧化物的通式为ABO₃，A为稀土元素，B为过渡金属元素，所述金属氧化物以A的氧化物为核，B的氧化物为壳。所述金属氧化物是通过A与B的摩尔比为1，加入表面活性剂，水热反应制备而成。本发明的钙钛矿型核壳结构的金属氧化物具有比表面积大、颗粒大小均匀、稳定性好的优点，应用于多种催化反应中，如烃类催化氧化、CO氧化以及光催化领域，具有一定的的工业化应用前景。

技术领域

本发明涉及一种钙钛矿型核壳结构的金属氧化物及其制备方法和应用。

背景技术

钙钛矿型金属氧化物(Perovskite)是一种复合金属氧化物，其通式可以写成ABO₃，属于立方晶系结构。最初被发现是因其具有天然钙钛矿(CaTiO₃)结构而得名，其中通式中A一般为半径较大的碱土金属离子(例如Ca、Sr、Ba)或La、Ce及Lu等稀土金属离子，通常起稳定结构的作用，与12个氧原子配位；B为半径较小的过渡金属离子(例如：Ni、Co、Fe、Mn、Cr)，起主要活性作用，与6个氧原子配位。A位和B位金属可以被其他金属所取代，而其晶体结构却不发生变化。由于具有晶体结构稳定和强氧化还原等性质，所以钙钛矿型氧化物被认为是未来可以代替贵金属的重要材料之一。

钙钛矿型金属氧化物材料因其具有氧扩散性、导电性、氧不定量性以及表面氧交换性能等特点，所以这类材料可以在许多领域中被广泛应用，像是作为氧电极、陶瓷、超导材料、热敏电阻、铁电体等。同时，钙钛矿型金属氧化物在催化材料方面也具有很重要的研究意义。当前研究比较好的钙钛矿型金属氧化物中A离子通常是稀土元素(主要是La)，B为过渡金属，其中B主要是Co、Fe、Mn、Ni等。近十多年以来，许多科研人员对该类型作为催化材料在CO催化氧化、光催化以及烃类催化氧化等方面进行了深入研究。

到目前为止，研究报道的制备钙钛矿型复合金属氧化物的方法主要有化学沉淀法、溶胶-凝胶法、水热合成法、热分解法、固相反应法等。其中，水热合成法由于具有低温成相和低温晶体生长的特点，使得可以很好的控制产物中组成元素价态，并且可以制备合成出高纯度、高均匀性氧化物粉末，因而该方法被宽泛用于钙钛矿型金属氧化物材料的制备。

发明内容

本发明的目的是提供了一种钙钛矿型核壳结构的金属氧化物，即为钙钛矿型结构，通式为ABO₃，A为稀土元素，B为过渡金属元素，所述金属氧化物以A的氧化物为核，B的氧化物为壳。所述金属氧化物是通过A与B的摩尔比为1，加入表面活性剂，水热反应制备而成。本发明采用水热合成法制备出了新颖的核壳结构的钙钛矿型金属氧化物，该制备方法简单易操作，所述金属氧化物具有比表面积大、颗粒大小均匀、稳定性好的优点，应用于多种催化反应中，如烃类催化氧化(如甲烷燃烧)、CO氧化以及光催化领域，具有一定的的工业化应用前景。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明第一方面提供一种钙钛矿型核壳结构的金属氧化物，所述金属氧化物的通式为ABO₃，A为稀土元素，B为过渡金属元素，所述金属氧化物以A的氧化物为核，B的氧化物为壳。

优选的，A为La或Ce，B为Co、Fe、Mn、Ni、Ru或Cr。

本发明第二方面提供一种上述钙钛矿型核壳结构的金属氧化物的制备方法，采用水热法制备，包括以下步骤：

(1)按照通式ABO₃中A和B的化学计量比将A的盐和B的盐溶于水中，加入表面活性剂，搅拌均匀或至透明，得到混合溶液；

(2)将步骤(1)所得的混合溶液转移到高压反应釜中，加热进行水热反应，反应结束后离心洗涤，得到沉淀；

(3)将步骤(2)所得的沉淀干燥、焙烧，即得所述钙钛矿型核壳结构的金属氧化物。