[发明专利]一种用于析氧反应的阳离子共掺杂钙钛矿催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于析氧反应的阳离子共掺杂钙钛矿催化剂及其制备方法，该催化剂为钙钛矿结构氧化物，其结构通式为ABO_3‑δ，其中，A为稀土金属元素或者碱土金属元素的一种或者多种，B为过渡金属元素，0≤δ≤1。本发明的阳离子共掺杂钙钛矿催化剂，具有优异的氧析出活性(OER)以及稳定性，能够应用于低温氧析出反应中，在电解水、金属空气电池等涉及氧析出反应的能源存储与转换技术中具有较好的发展前景。本发明采用溶胶凝胶法、固相法等工艺制备，方法简单，有大规模制备的潜力。

技术领域

本发明属于电化学催化领域，具体涉及一种钙钛矿氧化物的析氧反应电催化剂及其制备方法和用途。

背景技术

随着世界经济持续高速的发展以及不断增加的人口，人类对能源的需求量也越来越多。由于传统能源对环境的污染较大，人类迫切地需要寻找到更清洁的能源利用方式。目前，主要的可再生清洁能源主要有太阳能，风能，潮汐能，地热能等。但是受地理，天气等因素等影响，这些可再生清洁能源的供应并不稳定，常常表现为间歇性与地域性，导致部分能源被白白浪费掉。因此，开发能够高效利用这些可再生能源的能量储存以及转化技术，对解决能源短缺这个困局具有重要意义。

近年来，许多先进的能量转换与储存技术得到了迅猛的发展。如电解水，金属空气电池，燃料电池等。氧析出反应(OER)是在电场和电催化剂的作用下，将水氧化产生分子氧的过程，是实现高效能源转换与利用的关键环节。氧析出反应(OER)涉及四个电子转移，金属—氧(M-O)键和氧—氧(O-O)键的断裂与形成等过程，导致动力学非常缓慢。电解水的阳极反应是就是缓慢的氧析出反应(OER)，过电压高，产氧速率低，这间接降低了氢气析出的速率。因此OER缓慢的动力学过程是制约这一技术商业化发展的主要瓶颈。通常需要高效的催化剂来加速这一反应。传统的催化剂常含有贵金属(如RuO₂和IrO₂)，但由于贵金属储量低、价格昂贵且稳定性差的原因，亟须研发其他的非贵金属氧析出(OER)催化剂。

近年来，具有ABO₃通式的钙钛矿氧化物因其结构特殊性和组份多样性而表现出优异的物理、化学性质，得到了大家广泛的关注。标准的钙钛矿A位或者B位元素被其他金属离子替代或者部分替代后可形成具有高浓度离子空位或不同价态的B位离子的钙钛矿复合氧化物。这其中，Co基钙钛矿复合氧化物在OER电催化方面表现出优异的性质，得到了广泛的研究。调控组份，以及可控合成策略仍然是制备高效钙钛矿的关键问题。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种用于析氧反应的阳离子共掺杂钙钛矿催化剂及其制备方法，通过在B位掺杂金属阳离子，得到了一个析氧性能的催化剂，而且具有长时间的稳定性。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种用于析氧反应的阳离子共掺杂钙钛矿催化剂，该催化剂为钙钛矿结构氧化物，其结构通式为ABO_3-δ，其中，A为稀土金属元素或者碱土金属元素的一种或者多种，B为过渡金属元素，0≤δ≤1。

优选的，所述的A元素为Sr、La、Ca、Na、K、Ba的一种或多种。

优选的，所述的B元素为Nb、Ti、Co、Mn、Fe、Ni、Al、Mo、Cu、Sc、Cr的一种或多种。

优选的，所述的钙钛矿结构氧化物为SrTi_0.1Co_xFe_0.9-xO_3-δ，其中，0≤x≤0.9，0≤δ≤1。

一种用于析氧反应的阳离子共掺杂钙钛矿催化剂的制备方法，通过固相反应法、溶胶凝胶法或共沉淀法、燃烧法、水热法或者微波法制备所述钙钛矿结构氧化物。

作为优选技术方案，本发明采用溶胶凝胶法制备所述钙钛矿结构氧化物，具体包括以下步骤：