[发明专利]原位析出纳米催化粒子的Ca3

说明书

本发明公开了原位析出纳米催化粒子的Casubgt;3/subgt;Cosubgt;4/subgt;Osubgt;9+δ/subgt;材料及应用；所述原位析出纳米催化粒子的Casubgt;3/subgt;Cosubgt;4/subgt;Osubgt;9+δ/subgt;材料是由Casubgt;x/subgt;Cosubgt;4/subgt;Osubgt;9+δ/subgt;在空气中退火实现Casubgt;3/subgt;Cosubgt;4/subgt;Osubgt;9+δ/subgt;表面Cosubgt;3/subgt;Osubgt;4/subgt;和Ca(OH)subgt;2/subgt;催化纳米粒子的原位析出，并将其应用于固体氧化物燃料电池（SOFCs）的阴极、可逆固体氧化物燃料电池（RSOCs）的氧电极、低温电解水的催化剂以及超级电容器的电极等；纳米催化剂和Casubgt;3/subgt;Cosubgt;4/subgt;Osubgt;9+δ/subgt;基体的协同作用使该材料具有良好的氧析出和氧还原反应催化活性，本发明具有操作简易、成本低、利于量产的优势，在中高温燃料电池和低温催化领域具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及固体氧化物燃料电池、固体氧化物电解池和超级电容器领域，具体涉及一种原位析出纳米催化粒子的Ca₃Co₄O_9+δ材料及应用。

背景技术

目前，我们面临着资源短缺、环境污染和生态系统不平衡三大危机，开发和利用高效的清洁能源是解决环境污染和能源短缺问题的有效途径。可逆固体氧化物电池（RSOCs）属于一种全固态装置，有两种工作模式，燃料电池（SOFC）模式将存储在燃料中的化学能直接转化为电能用于发电，电解池（SOEC）模式通过电解水制H₂将电能转化为化学能。当SOFC和SOEC两种模式交替进行时，可以实现发电和产氢的循环过程，对解决人类社会所面临的能源问题具有重要意义。RSOCs的主要结构包括氧电极、燃料电极和电解质，氧电极是RSOCs的重要组成部分，需要对氧还原反应和析出反应具有良好的催化活性，与电解质材料具有良好的匹配性，同时还需要具有较高的电子和离子导电性能，为氧气的电化学反应提供场所。层状Ca₃Co₄O_9+δ材料在高温下具有显著的热稳定性和化学稳定性，其热膨胀系数与大多数电解质材料相匹配，且具有较高的电导率（100 S·cm^-1，700 ℃）和优越的表面氧交换能力（ k*=1.6×10^-7 cm·s^-1，700 ℃），考虑到固体氧化物电池的中低温化发展趋势以及电池各组件之间的匹配性，层状结构的Ca₃Co₄O_9+δ材料被广泛应用于SOFC的阴极和RSOCs的氧电极中。目前关于Ca₃Co₄O_9+δ电极的研究主要集中在与电解质材料复合和A位、B位元素掺杂方面，而对Ca₃Co₄O_9+δ电极进行纳米催化剂修饰和微观结构改性方面的研究较少。

迄今为止，纳米粒子原位析出技术主要应用于ABO₃钙钛矿氧化物中，通过A位缺位和B位掺杂，使易被还原的金属粒子从B位析出，由于此析出过程需要在还原条件下进行，原位析出纳米粒子主要应用于SOFC的阳极和可逆电池的氢电极中，阴极和氧电极中原位析出技术的应用极少。

发明内容

本发明克服现有技术的不足，提供一种原位析出纳米催化粒子的Ca₃Co₄O_9+δ材料及应用。