[发明专利]固体氧化物电解池阳极材料钙钛矿结构纳米粉体制备方法

说明书

技术领域

本发明属于无机材料制备领域，涉及一种固体氧化物电解池阳极材料钙钛矿结构纳米粉体制备方法。

技术背景

当今世界所面临的能源危机和环境污染日益严峻，威胁人类的生存和发展。发展可再生能源，走可持续发展道路成为各国学者研究的焦点。氢能以其清洁、高效等特点被公认为未来最有潜力的能源载体。

固体氧化物电解池(SOEC)是一种全陶瓷膜的电解池，工作在高温下，分解水所需要的部分电能由热能代替，故电解效率很高，并且成本也不高。高温水蒸汽在电解池阴极表面解离生成气态的H₂和O^2-，同时O^2-通过电解质材料晶格的氧空位迁移到阳极表面，释放电子生成O₂。氢气和氧气被具有气密性的电解质分开，从而可以得到高纯的H₂。利用高温SOEC电解水制氢是目前国际上最具有吸引力的制氢方法之一。

对于气体催化电极而言，原料粉体的制备工艺从很大程度上决定电极的微观结构，而电极的微观结构又能影响电极的电催化活性。SOEC阳极钙钛矿型氧化物粉体材料的制备方法很多，例如：固相反应法、共沉淀法、溶胶-凝胶法、喷雾热解法以及燃烧合成法等。各种方法都具有其各自的特点，各自也存在其难解决的问题。具体来说，固相反应法需在较高的反应温度下长时间地煅烧，得到的粉体组分均匀性差且烧结活性低；共沉淀法原料成本低，但粉体团聚较严重；溶胶-凝胶法原料成本高，制备工艺条件难以控制且生产规模不易扩大；喷雾热解法对设备要求较高，燃烧合成法对环境污染严重。

(三)发明内容

鉴于现有技术中几种方法存在的问题，本发明的目的在于提供一种固体氧化物电解池阳极材料钙钛矿结构纳米粉体制备方法，技术方案如下：

固体氧化物电解池阳极材料钙钛矿结构纳米粉体制备，其目的粉体通式为La_1-xSr_xMO₃，其中x＝0～0.5，M为Mn、Co或Fe，以La、Sr和Mn，或者La、Sr和Co，或者La、Sr和Fe的可溶性盐为原料，用共沉淀法并添加夹带剂，获得目的粉末的前驱体，将其煅烧得到钙钛矿结构的纳米粉体，具体步骤如下：

1)按La_1-xSr_xMO₃化学计量比，用La、Sr和Mn组分的无机原料，或者La、Sr和Co组分的无机原料，或者La、Sr和Fe组分的无机原料配制混合盐溶液；

2)采用反使加料的方式，在搅拌的情况下将混合盐溶液逐滴加入到碱性沉淀剂中，形成共沉淀物；

3)将共沉淀物抽滤得到共沉淀物滤饼，用去离子水洗涤共沉淀滤饼；

4)在共沉淀滤饼中加入夹带剂，通过强力搅拌使其与滤饼混合均匀形成悬浊液；

5)将所得悬浊液蒸馏，使其中的水分和夹带剂蒸出，得到前驱体；

6)将所得前驱体进行温度为550～900℃之间煅烧，即得钙钛矿结构的纳米粉体。

所述步骤1)中La的无机原料是La(NO₃)₃·6H₂O，Sr的无机原料是Sr(NO₃)₂，Mn的无机原料是Mn(NO₃)₂的50％水溶液，Co的无机原料是Co(NO₃)₃·6H₂O，Fe的无机原料是Fe(NO₃)₃·9H₂O。

所述步骤2)中的碱性沉淀剂为碳酸氢铵和氨水的缓冲溶液，其pH值范围为9～10。

所述步骤4)中的夹带剂为正丁醇、甲苯、苯或丙酸中的一种。

所述步骤5)悬浊液的蒸馏过程为，首先在低于夹带剂沸点的水分与夹带剂形成的共沸混合物的共沸点蒸馏温度下，蒸出全部共沸混合物，再继续升高蒸馏温度至夹带剂的沸点将剩余的夹带剂蒸出。

本发明的技术特点如下：

1、沉淀剂的选用：本发明选用pH值为9-10的碳酸氢铵和氨水的缓冲溶液作为沉淀剂。以碳酸氢铵和氨水的缓冲溶液作为沉淀剂能避免在滴定前后的pH值的差异造成的组分偏析，使前驱体分散更充分。

2、物料添加方式的选取：本发明选用反使加料的方式，在沉淀剂充分过量的条件下，充分保证硝酸盐溶液按照化学计量比沉淀完全。