[发明专利]尿素助燃法制备金属氧化物催化剂的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种应用于锌-空气电池空气电极的稀土钙钛矿型金属氧化物催化剂，该催化剂的制备方法以及使用该催化剂用于空气电极的制造方法，属于锌-空气电池技术领域。

背景技术

锌-空气电池具有容量大、比能量高，理论上可达1350Wh/Kg，实际上已达200～400Wh/Kg、工作电压平稳、原材料易得、价格低廉、无污染、可回收、使用时无特殊困难和安全等优点。

但是，锌-空气电池的放电电流密度小，为提高放电电流密度，寻求催化性能好的催化剂一直是研究者的共同目标。金、银是理想的催化剂，但成本太高，不能实现工业化；金属螯合物制作复杂且种类少，限制其发展；锰合物成本低，可催化性能不高，单位面积的放电电流密度太小，还不能满足常用较大功率电子电器工作电流的要求；尖晶石结构金属氧化物虽然初始催化活性较高，但是其化学稳定性不好，所得电池贮存一段时间后，放电的极化程度明显增加，工作寿命较短，因此，研究者寻求成本低，催化性能高的钙钛矿型金属氧化物。CN1529374A公开了一种“锌空气电池电催化剂及其制备方法”。但是，传统制备稀土钙钛矿型金属氧化物催化剂的操作严谨，工艺复杂，且操作过程繁琐，容易影响催化性能，加热时间也长，耗能。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种稀土钙钛矿型金属氧化物催化剂的制备新方法。用本发明方法制备的催化剂，其原材料价格低廉、催化活性高，可以提高锌-空气电池的放电电流密度。

本发明尿素助燃法制备金属氧化物催化剂的方法，所说的催化剂的通式是：A_xA’_1-xB_yB’_1-yO₃，晶体结构为钙钛矿型晶体结构，其特征是：所说的催化剂的通式中，A为稀土元素Y、La、Pr中之一种，A’为Sr、Ca、Ba、Be、Ra中之一种；B和B’均为过渡金属元素Ni、Fe、Co、Cu、Mn和Ti中之一种，但是在同一种催化剂中B和B’不能同时为同一种元素，式中x＝0.1~0.9，y＝0.1~0.9；其具体制备工序如下：

A、将稀土元素硝酸A盐、硝酸A’盐、过渡金属元素硝酸B盐、过渡金属元素硝酸B’盐和尿素倒入同一装有200ml去离子水的刚玉坩埚或不锈钢容器中，其中稀土元素硝酸A盐、硝酸A’盐、过渡金属元素硝酸B盐、过渡金属元素硝酸B’盐和尿素的化学计量摩尔比为n_A∶n_A’∶n_B∶n_B’∶n_尿素＝0.1~0.9∶0.9~0.1∶0.1~0.9∶0.9~0.1∶14~18；然后搅拌，使其充分溶解，得到透明溶液，放置半小时后，置于普通电炉上加热，加热时每隔一分钟搅拌一次，直到沸腾，持续加热，溶液逐渐蒸干，燃烧，得到钙钛矿型晶体结构的泡沫状粉末；

B、工序A得到的泡沫状粉末冷却至室温后研磨，过300～500目的筛，放入到马弗炉中，在600～1000℃下煅烧1～3h，即得本发明的催化剂。

本发明与现有技术相比的优越之处在于，实验方法操作简便，工艺简单，流程短，设备要求低，加热时间短，耗能小，可节约成本，且制备的催化剂具有好的催化性能，适合锌-空气电池的大电流放电。

附图说明

图1是锌-空气电池催化剂极化曲线图，

图中：a为锌-空气电池空气电极；b为锌-空气电池空气电极；c为锌-空气电池空气电极。

具体实施方式

下面用实施例对本发明作进一步描述，但本发明的实施方式并不只限于此，其保护范围以权利要求为准。

实施例1

制备Y_0.8Ba_0.2Mn_0.6Ni_0.4O₃催化剂，其步骤如下：

(1)、根据本发明x、1-x、y、1-y化学计量比原则，按照0.8、0.2、0.4、0.6分别称取Y(NO₃)₃.6H₂O、Ba(N₃)₂、Ni(NO₃)₂.6H₂O、含50％的Mn(NO₃)₂溶液，倒入同一装有200mL去离子水的刚玉坩埚中，搅拌，使其充分溶解；再按照尿素的物质的量是上述四种样品的物质的量的18份，称取尿素，倒入刚玉坩埚里，搅拌，使其充分溶解。