[发明专利]多孔LaCr氧化物-碳复合材料及其合成方法

说明书

技术领域

本发明属于新型纳米材料领域，具体来说涉及一种多孔La Cr氧化物—碳复合材料及其合成方法。

背景技术

氧化-还原(ORR)反应是决定燃料电池和金属-空气电池的决定性因素，缓慢的动力学和复杂的反应机制迫切要求有开发新的高性能催化剂加速反应进行，目前Pt基催化剂仍然是最有效的ORR催化剂。但是，Pt的储量稀缺，价格昂贵，而且在燃料电池的工作环境下容易发生中毒、溶解，导致其稳定性下降。基于这个原因，迫切需求研究一种低成本、高效、非贵金属的ORR催化剂。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种多孔La Cr氧化物—碳复合材料(La_xCr_2-xO₃-Carbon)及其合成方法，该多孔La Cr氧化物—碳复合材料可以提供更大的比表面积和更多的活性位点，获得更高的催化性能。

本发明的目的是通过下述技术方案予以实现的。

一种多孔La Cr氧化物—碳复合材料，包括：La_xCr_2-xO₃和碳，所述La_xCr_2-xO₃和碳均匀混合且形成La Cr氧化物—碳复合层，所述La Cr氧化物—碳复合层上设有孔，其中，在所述多孔La Cr氧化物—碳复合材料中，碳为70-90wt％，0.5≤x≤2，所述孔为200-400nm。

在上述技术方案中，所述La Cr氧化物—碳复合层的厚度为60-200nm，厚度优选为80-150nm。

在上述技术方案中，所述孔优选为250-310nm。

在上述技术方案中，碳为80-88wt％。

在上述技术方案，所述La_xCr_2-xO₃颗粒由两种氧化物材料组成，所述氧化物材料为La₂O₃+La₂CrO₆、La₂CrO₆+LaCrO₄或LaCrO₄+Cr₂O₃。

一种上述多孔La Cr氧化物—碳复合材料的合成方法，按照下述步骤进行：

步骤1，将La(NO₃)₃和Cr(NO₃)₃的混合物加入到溶剂溶液中并均匀分散，得到反应 溶液，其中，按摩尔计，La(NO₃)₃和Cr(NO₃)₃的比为(1-3)：(1-3)；所述溶剂溶液为乙二醇和甲醇的均匀混合溶液，且在所述溶剂溶液中，乙二醇和甲醇的体积比为1：(0.9-1.2)；

在所述步骤1中，在所述反应溶液中，镧、铬摩尔浓度和为1.8-2.2mol/L，优选为1.9-2.1mol/L。

在所述步骤1中，乙二醇和甲醇的体积比为1：(0.95-1.1)。

在所述步骤1中，按摩尔计，La(NO₃)₃和Cr(NO₃)₃的比为(0.5-1)：(2-3)。

在所述步骤1中，均匀分散选择搅拌或者超声。

步骤2，在步骤1所得的反应溶液中加入直径为200-320纳米的PMMA微球胶体模板，浸泡20-30小时，进行真空抽滤，得到包覆有反应溶液的PMMA微球胶体模板；

在所述步骤2中，所述PMMA微球胶体模板的直径为210-280nm。

在所述步骤2中，在所述反应溶液中加入PMMA微球胶体模板，浸泡22-26小时。

步骤3，将步骤2制备所得的包覆有反应溶液的PMMA微球胶体模板在50-80℃干燥6-12小时，干燥后在氮气气氛下，从室温20-25℃以5-15℃/min的升温速度升至550-700℃，并在550-700℃加热1-3小时，自然冷却至室温20-25℃，得到多孔La Cr氧化物—碳复合材料。

在所述步骤3中，从室温20-25℃以6-10℃/min的升温速度升至580-650℃，并在580-650℃加热1.5-2.5小时，自然冷却至室温20-25℃，得到多孔La Cr氧化物—碳复合材料。