[发明专利]一种杂元素掺杂钙钛矿型氧还原电催化剂及其制备和应用

权利要求书

1.一种用于二电子氧还原电催化的杂元素掺杂钙钛矿型催化剂，其特征在于：所述杂元素掺杂钙钛矿型催化剂的化学式为Ln_2-yM_yNiO_4+δ、Ln₂Ni_1-xB_xO_4+δ或Ln_2-yM_yNi_1-xB_xO_4+δ；其中，0 y≤0.5；0 x≤0.5，Ln选自稀土金属元素La、Pr或Nd中的一种或几种；M或B为掺杂的所述杂元素。

2.根据权利要求1所述一种用于二电子氧还原电催化的杂元素掺杂钙钛矿型催化剂，其特征在于：其中M选自元素Ca、Mg、Ba、Bi或Sr中的一种或者几种；其中B选自元素Cu、Mo、W、Fe、Ti、Al、Co、Ru、Gd或Rh中的一种或者几种。

3.根据权利要求2所述一种用于二电子氧还原电催化的杂元素掺杂钙钛矿型催化剂，其特征在于：所述钙钛矿型催化剂为微米颗粒，颗粒均匀，颗粒粒径1-10 μm，颗粒表面平坦。

4.制备权利要求1-3任一项所述一种用于二电子氧还原电催化的杂元素掺杂钙钛矿型催化剂的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：准备所需的材料，包括：可溶于水的稀土金属盐中的一种或几种、柠檬酸、乙二醇、Ni(NO₃)₂·6H₂O以及所述杂元素的掺杂源；

其中所述稀土金属选自La、Pr或Nd中的一种或几种；所述杂元素选自Ca、Mg、Ba、Bi、Sr、Cu、Mo、W、Fe、Ti、Al、Co、Ru、Gd或Rh中的一种或者几种；所述掺杂源选自所述杂元素的可溶于水的盐类；

S2.前驱体的制备：将所述可溶于水的稀土金属盐、所述掺杂源和Ni(NO₃)₂·6H₂O溶解在去离子水中形成水溶液；其中所述稀土金属盐Ni(NO₃)₂·6H₂O以及所述掺杂源根据目标产物即所述杂元素掺杂钙钛矿型催化剂的化学式中各稀土金属元素、各掺杂杂元素与Ni化学计量比进行添加；然后将柠檬酸和乙二醇添加到所述水溶液中形成混合溶液；将上述混合溶液加热获得粘性的凝胶；进一步加热凝胶以除去有机组分，形成所述前驱体;

S3. 所述杂元素掺杂钙钛矿型催化剂：将上述S2所得前驱体在惰性气体氛围下煅烧;将煅烧所得的粉末在乙醇介质中球磨、干燥，得到所述杂元素掺杂钙钛矿型催化剂。

5.根据权利要求4所述一种用于二电子氧还原电催化的杂元素掺杂钙钛矿型催化剂的制备方法，其特征在于：其中所述可溶于水的稀土金属盐选自稀土金属元素La、Pr或Nd的硝酸盐、醋酸盐、硫酸盐中的一种或几种。

6.根据权利要求4所述一种用于二电子氧还原电催化的杂元素掺杂钙钛矿型催化剂的制备方法，其特征在于：所述杂元素的可溶于水的盐类选自所述杂元素的硝酸盐、醋酸盐、硫酸盐中的一种或几种，或选自(NH₄)6Mo₇O₂₄·4H2O、 (NH₄)2Co(SO₄)₂·6H₂O 。

7.根据权利要求4所述一种用于二电子氧还原电催化的杂元素掺杂钙钛矿型催化剂的制备方法，其特征在于：步骤S2中所述混合溶液加热条件为在 60-90°C 加热 5-20 小时。

8.根据权利要求4所述一种用于二电子氧还原电催化的杂元素掺杂钙钛矿型催化剂的制备方法，其特征在于：步骤S2中所述混合溶液中各物质的摩尔比为所述杂元素掺杂钙钛矿型催化剂中含有的金属元素之和:柠檬酸:乙二醇=1:1-1.5:1-2。