[发明专利]一种B掺杂钙钛矿类氧化物的电催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种B掺杂钙钛矿类氧化物的电催化剂的制备方法，通过球磨混合结合高温焙烧的方法，得到B掺杂钙钛矿类氧化物的电催化剂。相比于传统的用贵金属制备的电催化剂，本发明用廉价的B掺杂钙钛矿类氧化物制作的电催化剂制作成本大大降低，十分适合工业大量生产，而且制得的电催化剂具有良好的ORR与OER性能，产品性能稳定。可应用于金属‑空气电池、燃料电池和水分解制氢等领域。

技术领域

本发明属于电池领域，特别涉及一种B掺杂钙钛矿类氧化物的电催化剂及其制备方法。

背景技术

随着环境污染和能源危机的加重，开发利用新的能量转换和存储技术迫在眉睫。在诸多新能源关键技术中，金属-空气电池，燃料电池和水分解制氢是当前的研究热点，极有应用前景。在金属-空气电池、燃料电池和水分解制氢中，氧气还原反应(oxygenreduction reaction,ORR)和析氧反应(oxygen evolution reaction,OER)是最为关键的反应。ORR和OER反应涉及到多步复杂电子传递过程，反应动力学极为缓慢，因此寻找能提升反应速率的氧气电催化剂极为关键；在金属-空气电池中，同时具有ORR和OER性能的双功能氧气电催化剂可以解决工作电压匹配的问题；因此，开发廉价、高效、双功能的氧气电催化剂至关重要。

目前商用的ORR催化剂为含贵金属Pt的Pt/C催化剂，而OER的催化剂为同样价格高昂的Ru、Ir及其氧化物。稀缺的贵金属资源和高昂的价格成为限制氧气电催化剂应用的关键问题。如专利CN103811774A提供了一种贵金属与钙钛矿类氧化物混合的电催化剂，所述贵金属为Pt，Pd，Au或Ag的一种或几种。制造成本仍然高，不适合工业大量生产。为解决成本问题，开发其他高性能非贵金属电催化剂成为研究者的关注热点。在诸多非贵金属电催化剂中，碳材料(Chem.Soc.Rev.,2016,45,1273)、金属氧化物(Energy Environ.Sci.,2015,8,1404)、单原子催化剂(ACS Energy Lett.2018,3,1713)、金属硫属化合物(Chem.Soc.Rev.,2017,46,337)、金属氮属化合物(Chem.Soc.Rev.,2017,46,337)等是目前的研究重点。金属氧化物因其可选金属种类多样、结构多样(可为钙钛矿结构、尖晶石结构、双层钙钛矿结构、反钙钛矿结构、层状结构等)、易于掺杂改性等优点，正获得更多的关注。在诸多金属氧化物类电催化剂中，钙钛矿类型氧化物结构稳定、性能优异、价格低廉，是目前的研究热点。钙钛矿类氧化物是一种化学结构式为ABO₃的氧化物，其中A多为稀土元素或者碱土元素，B为过渡金属。与其他类型氧化物相比，钙钛矿类氧化物的优点是其结构和成分的灵活可调性，A位和B位均可部分掺杂其他元素构成拥有更丰富物化性能的A_1-xA′_xB_1-yB′_yO_3-δ氧化物(small2017,13,1603793)，且有可能创造出同时具有优异ORR与OER的双功能电催化剂。