[发明专利]镍掺杂KNbO3

说明书

本发明提供一种镍掺杂KNbO₃压电陶瓷、其制法及高纯制氢。该陶瓷材料包括KNbO₃压电陶瓷基体以及均匀分布于KNbO₃压电陶瓷基体中的Ni原子，所述Ni原子的质量分数为1wt％～10wt，所述KNbO₃压电陶瓷基体的孔径为0.1nm～1.0nm。本发明提供的一种镍掺杂KNbO₃压电陶瓷材料具有较高的催化活性，降低了贵金属的使用，从而大大降低了生产成本，且制备方法简单易行、绿色环保，不排放对环境有害物质，作为氢燃料电池提供高纯氢，不含有一氧化碳、硫化氢、磷化氢、氯离子等使燃料电池中毒的气体。

技术领域

本发明涉及一种镍掺杂KNbO₃压电陶瓷，特别涉及一种镍掺杂KNbO₃压电陶瓷、以及该陶瓷的制备方法并于高纯制氢中的应用，属于新能源材料领域。

背景技术

氢能源与其他燃料相比氢燃烧时最清洁，除生成水和少量氮化氢外不会产生诸如一氧化碳、二氧化碳、碳氢化合物、铅化物和粉尘颗粒等对环境有害的污染物质，少量的氮化氢经过适当处理也不会污染环境，且燃烧生成的水还可继续制氢，反复循环使用。产物水无腐蚀性，对设备无损。但是，氢燃料电池的电极材料容易被混合在氢气中的一氧化碳、硫化氢、磷化氢、氯离子等杂质中毒，从而影响氢燃料电池的使用寿命。因此，制备高纯氢对发展氢燃料电池和新能源汽车产业，具有重要的应用价值。另外，尽管贵金属作为催化剂可以制氢，但是贵金属价格高，资源有限，从而限制了贵金属的广泛应用。因此，如何使用质量较少的贵金属同时具有较高的催化活性的材料制备高纯氢是一个亟待解决的问题。

发明内容

现有的氢源大多来源于化工制氢，其中含有容易使燃料电池电极材料中毒的一氧化碳、硫化氢、磷化氢、氯离子等气态物质。本发明的目的在于提供一种镍掺杂KNbO₃压电陶瓷、其制备方法以及于车载自供能高效制氢中的应用，以克服现有制氢技术中的不足，还克服了现有技术中的贵金属利用率低、催化活性低导致的成本较高的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

一种镍掺杂KNbO₃压电陶瓷，包括KNbO₃压电陶瓷基体以及均匀分布于KNbO₃压电陶瓷基体中的Ni原子；

其中，所述Ni原子的质量分数为1wt％～10wt％；

所述KNbO₃压电陶瓷基体的孔径为0.1nm～1.0nm。

可选地，所述Ni原子的质量分数上限选自2wt％、3wt％、4wt％、5wt％、6wt％、7wt％、8wt％、9wt％、10wt％；所述Ni原子的质量分数下限选自1wt％、2wt％、wt％、4wt％、5wt％、6wt％、7wt％、8wt％、9wt％。

可选地，所述KNbO₃压电陶瓷基体的孔径上限选自0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm、1.0mm；所述KNbO₃压电陶瓷基体的孔径下限选自0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm。

可选地，所述Ni原子取代KNbO₃晶体中的K原子。

一种镍掺杂KNbO₃压电陶瓷的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备镍掺杂KNbO₃颗粒：将镍盐、钾盐、铌盐与碱反应生成镍掺杂KNbO₃颗粒；

(2)造粒：向步骤(1)制得的镍掺杂KNbO₃颗粒中分别加入0.5wt％-5wt％的淀粉和一定量的聚乙烯醇溶液球磨造粒；