[发明专利]一种含Ce活性氧化物材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于应用电化学和能源工业的电极材料领域，涉及一种具有高电催化性能的材料及其制备方法，具体涉及一种含Ce活性氧化物材料及其制备方法。

背景技术

RuO₂具有本征的电化学活性，在许多电化学工业中都显示非常高的电催化活性，因此被称为活性氧化物材料，或简单称为活性材料。就工业化应用而言，迄今为止，最为优越的活性材料仍然是RuO₂。大量实验表明，采用了与二氧化钌具有相同晶体结构（即金红石相）的氧化物为载体，不仅能使电催化性能提高，而且明显降低贵金属的用量，从而降低成本。最为常见的活性氧化物有以钛和锡为载体的Ti-Ru、Sn-Ru、Ti-Ru-Ir、Sn-Ru-Ir、Sn-Ru-Ti等二元或多元氧化物材料。另外，近年来RuO₂电极活性材料以其不同寻常的比容量而成为能源材料的研究热点，人们采用RuO₂电极作为超级电容器和燃料电池的电极材料。在RuO₂中掺入其他惰性氧化物，人们也发现，采用与RuO₂具有同晶型的氧化物制备了含Ru的MoO₂、VO₂、TiO₂、SnO₂等复合氧化物，都可以不同程度地减少RuO₂的用量，提高比电容。Ru作为贵金属，价格十分昂贵，因此，如何采用与二氧化钌具有不同晶体结构的金属氧化物为载体来进一步降低成本，是人们加大投入进行探索的重要课题。二氧化铈在固态或溶液中均有足够稳定性，其萤石结构可从室温保持到其熔点。本团队采用溶胶凝胶技术将其与金红石二氧化钌混合，制备出具有高电催化性能的RuO₂-CeO₂电极材料，该发明已经申请了发明专利（《高铈含量的含钌涂层钛阳极及其制备方法》  200610100497.X）。在此基础上，本团队考虑到溶胶凝胶技术原料昂贵、操作复杂，而热分解技术更简便易行。同时，为挖掘载体材料CeO₂分散电催化中心的作用，将溶胶凝胶法技术下的制备温度降低50~200℃，实现了在270-310℃的温度下通过热分解技术获得了活性RuO₂-CeO₂电极材料。这种采用低温烧结热分解技术制备RuO₂-CeO₂电极材料，未见先例。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含Ce活性氧化物材料及其制备方法，该活性氧化物材料含有摩尔含量30-70%的Ce。本发明的工艺制得的含Ce的Ru氧化物活性材料的活性面积比纯RuO₂和Ce摩尔含量为10%的活性材料有显著提高，因此具有优越的电催化活性。制备方法简单，可操作性强，原料易得，成本低，具有显著的经济和社会效益。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种含Ce活性氧化物材料含有摩尔含量30-70%的Ce。所述的活性氧化物材料为含Ru氧化物的活性材料。所述的活性氧化物材料中Ce和Ru的摩尔比为3∶7 - 7∶3。所述的活性氧化物材料中Ce和Ru的最优摩尔比为5∶5。其制备方法包括如下步骤：

（1）含Ce活性浆液的配制：其活性组元Ru以RuCl₃为源物质，非活性组元Ce以CeCl₃为源物质，按Ce和Ru的摩尔配比称取CeCl₃ 和RuCl₃，并分别溶于乙醇，待充分溶解后将二者溶液混合均匀，获得浓度为0.2-2 g/L的活性浆液；

（2）含Ce活性浆液的烧结：步骤（1）的活性浆液经80-150℃加热蒸发至浆液固化后，在箱式炉中以260~300℃氧化烧结1-2h，出炉空冷，制得所述的含Ce活性氧化物材料。

本发明的显著优点在于：

1）本发明提供的活性材料是多元氧化物活性材料，为电极材料提供了一种新的成分设计方案。

2）本发明的高铈含量的含钌涂层钛阳极材料材料具有比现有的RuO₂材料高得多的电催化活性。可以应用于水溶液电解、超电容、有机溶液电解、燃料电池等电化学部件和器件。

3）本发明采用合适的制备工艺，稳定涂层的组织结构，细化晶粒，从而获得高活性的含Ru氧化物和高铈含量的含钌涂层材料。由于含有较高含量的非贵金属元素Ce，使得电极材料的成本大为下降。