[发明专利]一种多孔氧化铈掺杂氧化锆材料及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及制氢技术领域，具体而言，涉及一种多孔氧化铈掺杂氧化锆材料及其制备方法与应用。所述多孔氧化铈掺杂氧化锆材料的组成为Ce_0.97Zr_0.03O₂；优选的，所述多孔氧化铈掺杂氧化锆材料的孔隙率为55‑65％。所述的多孔氧化铈掺杂氧化锆材料具有结构稳定、材料强度高、产氢效果好等优点，避免了材料强度高引起的高温时孔结构遭到破坏的问题。并且，本发明经过实验验证了多孔氧化铈掺杂氧化锆材料具有优异的产氢效果。

技术领域

本发明涉及制氢技术领域，具体而言，涉及一种多孔氧化铈掺杂氧化锆材料及其制备方法与应用。

背景技术

由于铈元素的化合价存在+4价到+3价的转化，氧化锆掺杂氧化铈材料普遍被作为储氧材料，其性能决定了三元催化剂的催化效果，因而被广泛应用于在汽车尾气催化剂领域。

然而，氧化锆掺杂氧化铈材料作为制氢材料是最近10年才被提出的新方案，国内专利十分罕见，目前可查到的专利文献较少，例如专利CN110252275A公开了一种铈锆复合氧化物，包括氧化铈、氧化锆以及至少一种选择铈以外的稀土金属元素的氧化物。又例如，由盐城师范学院申请的专利CN110292920A，公开了三步法锆掺杂二氧化铈多孔小球制作的步骤为：采用溶胶-凝胶的方法配制乙酸铈溶胶；添加单体、引发剂和促引发剂配制凝胶，挤凝胶小球；小球烧结形成多孔微球。

但是，上述制备方法具有以下缺点：第一，通过烧结将有机物烧掉，会造成孔的形貌大小单一，很可能形成闭合的孔，进而造成材料强度降低。第二，没有对产氢热力学计算和效果进行说明。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种多孔氧化铈掺杂氧化锆材料，所述的多孔氧化铈掺杂氧化锆材料具有结构稳定、材料强度高、产氢效果好等优点，避免了材料强度高引起的高温时孔结构遭到破坏的问题。

本发明的第二目的在于提供一种所述的多孔氧化铈掺杂氧化锆材料的制备方法，该制备方法具有操作简单、条件温和等优点。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

一种多孔氧化铈掺杂氧化锆材料，所述多孔氧化铈掺杂氧化锆材料的组成为Ce_0.97Zr_0.03O₂。

现有技术在制备氧化锆掺杂氧化铈材料时，通过烧结将有机物烧掉，会造成孔的形貌大小单一，很可能形成闭合的孔，进而造成材料强度降低。并且，现有技术制备得到的材料并没有对产氢热力学计算，也没有说明产氢效果。

本发明提供了一种多孔氧化铈掺杂氧化锆(zirconia doped ceria，以下简称为ZDC)材料，利用淀粉和石墨在ZDC材料中打造大孔小孔相结合的稳定结构，既有利于氧气和氢气的扩散，又避免了材料因为孔隙率过高导致的晶体结构在高温时遭到破坏的问题。所述的所述多孔氧化铈掺杂氧化锆材料的组成为Ce_0.97Zr_0.03O₂(以下简称为“ZDC03”)，ZDC03在1500℃放出氧气形成氧空位，在800℃通入水，将水中的氧离子夺走填补氧空位，释放出氢气。整个循环过程如公式(1)和(2)所示。

(Zr/Ce)O₂→Zr/CeO_2·δ+δ/2O₂ (1)

H₂O(ɡ)+1/δ(Zr/Ce)O_2-δ→1/δ(Zr/Ce)O_2-δ+H₂(ɡ) (2)

ZDC03是一种非常有前景的制备清洁能源氢气的材料，本发明经过实验验证了ZDC03材料具有优异的产氢效果。