[发明专利]一种纳米复合阴极及其制备和应用

权利要求书

1.一种高温固体氧化物电解池用纳米复合阴极的制备方法，其特征在于，在半电解池片电解质层上覆盖采用PMMA作为造孔剂制备的具有微米孔的YSZ骨架，采用共浸渍法制备LSFM-GDC复合纳米颗粒覆盖YSZ骨架上构成高温固体氧化物电解池用纳米复合阴极；其中LSFM-GDC复合纳米颗粒为SOEC复合纳米阴极的电极催化剂；

其中：SOEC为固体氧化物电解池；PMMA为聚甲基丙烯酸甲酯；LSFM为LaFeO₃或Sr、M掺杂的LaFeO₃，其组成为La_xSr_1-xFe_yM_1-yO₃，其中0≤x≤1，0≤y≤1；LSFM-GDC为LSFM和CeO₂或Gd掺杂CeO₂的共合成粉体，GDC组成为Gd_xCe_1-xO₂，0≤x≤1；YSZ为氧化钇稳定的氧化锆8YSZ；

所述纳米复合阴极的制备方法为：采用丝网印刷法、浆料涂覆法或者旋涂法制备YSZ骨架，然后采用共浸渍法将LSFM-GDC纳米复合活性催化剂均匀沉积于YSZ骨架的表面和微孔内，制备纳米复合阴极活性催化层，经过高温烧结后制得一种高温固体氧化物电解池用纳米复合阴极，具体制备步骤如下：

步骤一：制备LSFM-GDC前驱体溶液

（1）依照LSFM-GDC的化学式La_xSr_1-xFe_yM_1-yO₃-Gd_zCe_1-zO₂配制硝酸盐混合溶液，其中，M=Mn、Cu、Ni中的一种或二 种以上，LSFM：GDC质量比为50：50，0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1；按化学式中的金属离子比例准确称取La³⁺、Sr²⁺、Fe³⁺、Mⁿ⁺、Gd³⁺和Ce⁴⁺的硝酸盐于烧杯内，加入适量去离子水，搅拌30～60min至完全溶解，得到混合的La³⁺、Sr²⁺、Fe³⁺、Mⁿ⁺、Gd³⁺和Ce⁴⁺硝酸盐溶液；

（2）在混合的La³⁺、Sr²⁺、Fe³⁺、Mⁿ⁺、Gd³⁺和Ce⁴⁺硝酸盐溶液中加入柠檬酸铵，柠檬酸铵加入量与金属离子总摩尔数比为1.5：1；

（3）用摩尔浓度为2mol/L的硝酸调节第（2）步所得的溶液的pH值至1～2，制得LSFM-GDC前驱体溶液；将所述的前驱体溶液在60～80^oC下恒温加热，并不断搅拌，并将其置于容量瓶中定容，得到一定金属离子浓度的LSFM-GDC前驱体溶液；

步骤二：制备YSZ骨架

（1）称取一定量的YSZ粉体以及PMMA，其中YSZ粉体与PMMA的质量比为50:50wt%，然后加入适量的正丁醇作为溶剂，鱼油作为分散剂，PVB作为粘结剂，DOP作为增塑剂，混合均匀后放于超声器中超声8h，至里面粉体分散均匀，然后置于烤灯下烘烤，并加入适量有机粘结剂，搅拌均匀后得到白色粘稠状的YSZ浆料备用；

（2）采用丝网印刷法、浆料涂覆法或者旋涂法将第（1）步所得的YSZ浆料均匀涂覆在YSZ电解质支撑体的两侧，并在1000-1300^oC下，空气气氛下焙烧2-8h，得到YSZ电解质支撑体上的具有微孔结构的YSZ骨架；

步骤三：采用浸渍法在具有微孔结构的YSZ骨架上制备LSFM-GDC纳米复合阴极

（1）将步骤一中所得的LSFM-GDC前驱体溶液用真空浸渍法浸渍到步骤二所得的具有微孔结构的YSZ骨架的表面和微孔内，得到沉积了LSFM-GDC前驱体的电解池片；

（2）将LSFM-GDC前驱体的电解池片在温度为600～800^oC下，空气气氛下烧结1～2h得到在YSZ骨架的表面和微孔内覆盖的LSFM-GDC复合纳米活性催化层，即在具有微孔结构的YSZ骨架上制备LSFM-GDC纳米复合阴极。