[发明专利]一种钙钛矿/氧化铈氧催化剂及其脱溶复合制备方法

说明书

本发明提供了一种钙钛矿/氧化铈复合氧催化剂的制备方法与应用。尤其涉及一种脱溶复合法制备钙钛矿/氧化铈复合氧催化剂。即采用高温还原或高能气氛球磨的方法，在材料体相内析出第二相(氧化铈)，在浓度差的驱动下，第二相扩散至材料表面并逐渐长大成纳米颗粒，进而实现氧化铈与催化剂本体的原位复合。与传统的复合催化剂制备方法相比，利用所述的“脱溶复合”方法，能在钙钛矿催化剂的表面原位生长纳米颗粒，可以大大增强催化剂本体与复合材料之间的相互作用，充分发挥催化剂本体与第二相的“协同催化效应”，进而改善氧催化剂的活性，提高金属空气电池的功率密度。

技术领域

本发明涉及一种钙钛矿氧催化剂，尤其涉及一种钙钛矿/氧化铈复合氧催化剂的制备方 法及其应用。

背景技术

进入21世纪以来，传统的能源利用方式所带来的资源短缺、环境污染、温室效应等问题更为突出，因此传统能源结构及其利用方式越来越难以适应人类生存发展的需要。在此背景下，各种各样的新型绿色能源得到了快速的发展，其中化学电源亦受到极大的关注和重视。金属空气电池作为一种新型电池技术，由于其安全、环保、成本低廉、能量密度 高等优点，成为化学电源领域的研究开发热点。

金属空气电池主要由金属负极、碱性电解液、空气正极、氧还原/氧析出双功能电催化 剂组成，通过电解液中的OH^-在电极间迁移形成电池内部闭合回路，完成电池充放电过程。 在金属空气电池的工作过程中，随着电流密度增加，正极过电势迅速变大，其原因主要归 结于缓慢且复杂的氧还原(ORR)或者氧析出(OER)电极过程。在室温下的ORR/OER 过程均需要电催化剂参与，电催化剂的活性直接决定了锌空气电池的功率密度、极化阻抗 和充放电效率。此外，可充电锌空气电池有限的循环寿命制约了其实际应用。限制其循环 寿命的一个主要因素为电催化剂催化活性的不可逆衰退。开发空气正极的双功能电催化 剂，提高OER/ORR电极反应的活性和稳定性，是开发可充电锌空气电池的关键手段之一。

迄今为止，已报道的ORR/OER双功能电催化剂主要有贵金属及其合金、掺杂碳材料与过渡金属氧化物等。其中，钙钛矿电催化剂具有成本低廉、导电性好、可调控性强、组 分多样，且兼具良好的ORR和OER电催化活性等特点而广受关注，是电催化剂的研究热 点。近年来，随着研究人员对钙钛矿催化剂研究的不断深入，发现如下几种方法能进一步 提高钙钛矿催化剂的活性和稳定性：①元素掺杂；②提高比表面积，增加氧吸附能力； ③形貌调控，为催化反应提供更多的反应位点；④与其他类型催化剂复合，构筑“协同催 化效应”；⑤开发下一代高性能钙钛矿催化剂。通过一系列改性方法，钙钛矿的催化活性 和稳定性得以明显提升。然而，其ORR和OER电催化活性仍然不能满足实际需求。若以 目前所开发的钙钛矿作为阴极催化剂，金属空气电池的放电动力学性能将受到较大限制。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种钙钛矿/氧化铈复合氧催化剂的制备方法与应 用。尤其涉及一种脱溶复合法制备钙钛矿/氧化铈复合氧催化剂。采用本发明提供的氧催化 剂具有较高的氧催化活性，将其应用于金属空气电池中，可显著提升金属空气电池的功率 密度和稳定性。

本发明提供了一种钙钛矿/氧化铈复合氧催化剂的脱溶复合制备方法，即采用高温还原 或高能气氛球磨的方法，在材料体相内析出第二相(氧化铈)，在浓度差的驱动下，第二 相扩散至材料表面并逐渐长大成纳米颗粒，进而实现氧化铈与催化剂本体的原位复合。

一种钙钛矿/氧化铈复合氧催化剂的脱溶复合制备方法，其特征在于该方法依次步骤 为：

1)制备铈离子掺杂的钙钛矿