[发明专利]一种钴酸钐纳米粉体的合成方法

说明书

技术领域

本发明属于燃料电池的固体氧化物燃料合成技术领域，特别涉及一种钴酸钐纳米粉体的合成方法，具体说使用氢氧化钠作为沉淀剂的化学共沉淀法，可使钴酸钐粉体的合成在常温常压及较低烧结温度的条件下合成。 

背景技术

在各种燃料电池中，固体氧化物燃料电池(SOFC)是大功率、民用型燃料电池的第三代，由于其系统设计简单、能量转换效率高、规模弹性大以及无公害等一系列优点，己引起世界各国的广泛重视。目前在中温SOFC阴极材料的研究中，ACoO₃系列材料被认为是最有应用潜力的材料。己有的研究结果表明，随着温度的变化，它们表现出独特的电子相变，在低温条件下为绝缘体，中温时转变为半导体，继续升温又转变为导体。SmCoO₃氧化物是一种具有发展前途的固体氧化物燃料电池(SOFC)中温阴极材料的源材料，因此开发新的合成方法是十分必要的。为了获得良好的ABO₃结构稀土复合氧化物阴极材料，人们研究和尝试了各种合成方法： 

（1）液滴热解法：按适当比例将反应物的硝酸盐水溶液混匀，以一定的速率通过毛细管将上述溶液滴于600℃的石英管壁上，液滴立即被干燥，氧化形成一定计量比的钙钦矿型复合氧化物。该方法操作复杂，生产效率低，化学组分不易控制。

（2）溶胶—凝胶法：溶胶—凝胶法在化工、材料等技术领域已获得广泛的应用，是一种较低温度的合成方法，其产物的化学组成易于精确控制。目前，人们已开始利用sol-gel法制备SOFC阴极材料。首先,按要求的比例将反应物的硝酸盐混合，并加入聚丙烯酸(用硝酸控制PH值)，再搅拌5-10分钟，制得粘性的凝胶。最后,将凝胶在空气中加热到400-500℃,即可制得符合要求的样品。该方法对前驱体成分要求比较苛刻，金属醇盐较贵，反应时间较长，且在制取多孔阴极薄膜时，其厚度不易严格保证。 

（3）粉末焙烧法(亦称陶瓷法或固相反应法)：将反应物按要求的比例混合均匀，在空气中长时间高温烧结制得所需样品。 

（4）电化学合成法：将反应物的硝酸盐水溶液混合，然后用铂作电极，在室温下，在一定的电流密度下电解一段时间，电极上即沉积一层氧化膜，揭下该膜，用水冲洗，晾干后，再在一定温度的氧化性气氛中加热一定时间，使氧化物晶化，即可获得钙钛矿结构的稀土复合氧化物。 

（5）高压高温方法(HPHT法)：将反应物按比例混合，在高温高压：3.0GPa、1100℃附近烧结制备所需样品。 

上述几种方法虽然均可制备钴酸钐基质的稀土复合氧化物，但是其产物杂质较多、颗粒较大、产品均匀性不好，而且一般烧结温度较高，一些方法还需要外加较高压力。煅烧法和高温法均需要将各成分长时间混合研磨，在高温下经历多次烧结，致使合成材料粒度较大。我们采用化学共沉淀法制备钴酸钐具有成分均一度好、颗粒均匀、具有纳米尺度，并且可以在较低温度下制备，节约能源消耗。 

到目前为止，所研究过的有希望的SOFC阴极材料均为钙钛,矿结构，具有通式为ABO₃(其中A、B分别为三价稀土金属和3d过渡金属)的一种无机物结构。ABO₃钙钛矿型复合氧化物具有丰富的结构及物理、化学性质，可作为多种功能材料，如：磁性材料、催化材料，铁电材料以及燃料电池的电极材料等。本方法中提出使用氢氧化钠作为沉淀剂，在低温常压条件下与溶解后的醋酸钐和六水合氯化钴溶液混合，搅拌一定的时间，保证溶液PH在12以上，经多次实验发现700℃烧结制备出钴酸钐粉体纯度最好。 

发明内容

本发明的目的是提供一种钴酸钐纳米粉体的合成方法,其特征在于,具体步骤如下： 

（1）将Sm、Co的可溶性盐类化合物完全溶于去离子水，使用沉淀剂共沉淀；

（2）在反应温度为50-80℃，搅拌时间为60-90min，所述的盐类浓度为0.01～3 mol/L条件下沉淀完全，固液分离，制备得到碱性前驱体；通过改变盐类的摩尔配比，可以在较大范围调整钴酸钐粉体的形貌；

（3）将前驱体在烘箱中120℃干燥2小时除水；

（4）将前驱体研磨,并在400-1000℃焙烧，得到具有钙钛矿结构的ABO₃型电极材料。

所述Sm、Co的可溶性盐类化合物为氯化盐、硝酸盐、硫酸盐、醋酸盐中的一种或几种。