[发明专利]通过化学掺杂调节Ca2MnAlO5+δ的储氧性能

说明书

本发明涉及通过化学掺杂调节Ca₂MnAlO_5+δ的储氧性能。该储氧材料包含下式的化合物：Ca₂MnAlO_5+δ，其中0≤δ≤0.5，其中该化合物包含至少一种掺杂剂，所述掺杂剂选自在Ca位点的碱土离子、在Al位点的三价离子、在Mn位点的3d过渡金属离子，其中与未掺杂的Ca₂MnAlO_5+δ材料相比，氧释放温度或氧储存温度被改变。

本申请是申请号为201510650591.1、申请日为2015年10月10日、发明名称为“通过化学掺杂调节Ca₂MnAlO_5+δ的储氧性能”的中国专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及经调节的储氧材料和用于形成经调节的储氧材料的方法。

背景技术

许多过渡金属氧化物可在温度或氧分压变化的情况下改变氧的化学计量。该性能产生了储氧材料(OSM)的概念，其中大量的氧能够可逆地储存和释放。OSM在如三元催化剂和调节氧压力以便精确控制氧化还原反应的应用中具有巨大的潜力。在这些应用中，有效的OSM应具有大的储氧能力、快速的释放/存储速率、以及对热或化学分解的良好的稳定性。影响OSM应用的另一个性能是用于在富氧和贫氧相之间转变的温度和压力，这必须与目标化学反应的变化相匹配。

例如，如图1中所示，氧的吸入和释放是由氧化(富氧)相和还原(贫氧)相之间的热力学平衡来确定的。所期望的OSM具有跨越温度和压力窗口的平衡压力-温度(P-T)曲线，其中进行所述目标反应以便在整个范围内发挥功能。因此，在本领域中需要调节平衡的P-T曲线以匹配不同应用的操作条件。

最近，报道了具有钙铁铝石型结构的Ca₂AlMnO₅具有显著的存储大量过量氧的能力。其储氧能力(2006μmol/g)几乎是最知名的OSM，CeO₂-ZrO₂(约1500μmol/g)的1.4倍。与CeO₂-ZrO₂的情况相比(其只在还原条件下释放氧)，Ca₂AlMnO_5+δ即使在富氧气氛下也能够以对微小温度变化的高灵敏度释放氧。这些表征的特征表明了Ca₂AlMnO_5+δ在储氧技术中的良好潜力。然而，Ca₂AlMnO_5+δ仅在500和700℃之间的窄温度范围内吸入/释放氧，这将限制其在该温度窗口之外的反应中的应用。因此，在本领域中需要调节Ca₂AlMnO_5+δ的吸入和释放温度以便匹配不同的应用的操作条件。

发明内容

在一个方面，公开了一种储氧材料，其包含下式的化合物：Ca₂MnAlO_5+δ，其中0≤δ≤0.5，其中所述化合物包含至少一种掺杂剂，所述掺杂剂选自在Ca位点的碱土离子、在Al位点的三价离子、和在Mn位点的3d过渡金属离子，其中与未掺杂的Ca₂MnAlO_5+δ材料相比，氧释放温度或氧储存温度被改变。

在另一个方面，公开了一种储氧材料，其包含下式的化合物：Ca₂MnAlO_5+δ，其中0≤δ≤0.5，其中所述化合物包含至少一种掺杂剂，所述掺杂剂选自在Ca位点的碱土离子、在Al位点的三价离子、和在Mn位点的3d过渡金属离子，其中与未掺杂的Ca₂MnAlO_5+δ材料相比，氧释放温度升高。