[发明专利]具有高比表面积的钙钛矿析氧催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有高比表面积的钙钛矿析氧催化剂及其制备方法，是以钙钛矿为活性组分的催化剂。首先采用固相反应法或者溶胶凝胶法制备合成钙钛矿催化剂SrCo_xFe_0.9‑xNb_0.1O_3‑δ，其中0.4≤x≤0.6或者x＝0.8，而δ表示SrCo_xFe_0.9‑xNb_0.1O_3‑δ氧化物的氧空位，然后再使用H₂O₂处理。与传统方法合成的钙钛矿催化剂相比，具有比表面积大、催化活性高等特点。本发明方法操作简单易实现，合成的介孔钙钛矿单一无杂相，能显著地降低析氧过电位和起始电位，具有很好的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种钙钛矿催化剂及其制备方法，特别是涉及一种钙钛矿析氧催化剂及其制备方法，应用于催化水分解技术领域。

背景技术

环境污染和能源短缺，已成为当今人类面临的两大难题。世界各国都在竭力寻找清洁能源和可再生能源。氢能因具有清洁、可再生、热值高、便于储存和运输等优点，而被普遍认为是最有前景，能够作为可再生能源载体大规模的使用。电解水制氢已有一百多年的发展历史，对设备要求不高、工艺简单、对环境友好且制得的氢气纯度高，是目前制氢是最可行且环保的方式。

电催化水分解反应可以分为析氢反应和析氧反应，其中析氧反应是四电子转移过程，比析氢反应二电子转移过程复杂而困难的多，其动力学缓慢，是电催化分解水的瓶颈。因此必须设计出高活性的析氧催化剂来加快析氧反应。钙钛矿氧化物因廉价并且析氧活性高，被视为理想的析氧催化剂之一。

邵宗平等采用固相反应法制备的钙钛矿SrNb_0.1Co_0.7Fe_0.2O_3-δ，呈现较优异的电化学析氧性能。但是为达到商业化应用的要求，还需要进一步提高其性能。

提高催化剂电化学活性表面积是提高电化学析氧活性的有效途径。

Oana Mihai等报道硬模板法制备钙钛矿LaFeO₃，其比表面积达到30m²g^-1；张晓华采用软模板法制备了La_0.6Pr_0.4NiO₃，其比表面积达到17m²g^-1。但是对于制备富含碱土元素的纯相多金属元素钙钛矿氧化物(如：A_xA'_1-xB_yB'_1-yO_3-δ)仍然是一个巨大的挑战，因为硬模板的溶解也会破坏钙钛矿的晶体结构。而软模板的燃烧也会导致形成碳酸盐副产品。富含碱土元素的多金属元素钙钛矿氧化物难以制备出具有高比表面积的钙钛矿，这成为亟待解决的技术问题。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种具有高比表面积的钙钛矿析氧催化剂及其制备方法，采用H₂O₂处理析氧催化活性较高的SrCo_xFe_0.9-xNb_0.1O_3-δ钙钛矿催化剂，获得介孔SrCo_xFe_0.9-xNb_0.1O_3-δ，提高其电化学活性表面积，进而增加其电化学析氧活性，来显著地降低析氧过电位和起始电位，实现更好的应用前景。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：