[发明专利]一种用于氧还原反应的钙钛矿型催化剂、制备方法及应用

权利要求书

1.一种用于氧还原反应的钙钛矿型催化剂，其特征在于：通过对钙钛矿材料A位元素进行部分取代改善钙钛矿材料活性，取代后形成的用于氧还原反应的钙钛矿型催化剂的分子式为A_0.7A’_0.3BO₃，其中A为镧La，A’为锶Sr，B为锰Mn；该钙钛矿型催化剂La_0.7Sr_0.3MnO₃比表面积为61.5486m²/g，孔体积为0.267392cm³/g；当该钙钛矿型催化剂与导电炭黑质量比为1:1时，催化剂具有最强的还原峰，表现出优异的氧还原活性。

2.权利要求1所述的用于氧还原反应的钙钛矿型催化剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

1)采用Stober法合成单分散纳米尺度的SiO₂模板；

2)将硝酸镧La(NO₃)₃、硝酸锶Sr(NO₃)₂、硝酸锰Mn(NO₃)₂、柠檬酸和蒸馏水的混合物搅拌制成前驱体溶液，然后将前驱体溶液缓慢渗入制备的SiO₂模板中，之后加入过量的氨水并用塑料薄膜密封静置，最后烘干得到钙钛矿前驱体与SiO₂模板混合材料；

3)将步骤2中得到钙钛矿前驱体与SiO₂模板混合材料进行煅烧得到未除模板的钙钛矿；

4)在恒定转速搅拌下使用氢氧化钠NaOH溶液对步骤3所得未除模板的钙钛矿进行模板去除；最后使用去离子水进行重复超声波洗涤和离心，然后分离钙钛矿粉末并将其干燥，得到用于氧还原反应的钙钛矿型催化剂。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：采用Stober法合成单分散二氧化硅模板具体步骤为：首先将正硅酸乙酯99mL、去离子水81mL、无水乙醇270mL、和氨水24mL依次倒入烧杯中，在磁力搅拌器上密封搅拌24～48h，然后置于通风橱中在室温下进行重力沉淀直至液体完全蒸发，之后将其置于真空干燥箱直至SiO₂模板完全烘干。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述步骤2)中硝酸镧La(NO₃)₃、硝酸钡Sr(NO₃)₂、硝酸锰Mn(NO₃)₂的加入量的摩尔比为0.7:0.3:1；加入柠檬酸的摩尔质量为硝酸根离子摩尔质量的1.2～1.5倍。

5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述步骤2)中将硝酸镧La(NO₃)₃、硝酸锶Sr(NO₃)₂、硝酸锰Mn(NO₃)₂、柠檬酸和蒸馏水的混合物搅拌时间为1～2h；密封静置时间为12～24h。

6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述步骤3)中钙钛矿前驱体与SiO₂模板混合材料煅烧采用马弗炉或者管式炉完成；煅烧温度为650～750℃，煅烧时间2～3h，升温速度为1～3℃/min。

7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述步骤4)中去除模板使用氢氧化钠溶液的浓度为4～6mol/L；

所述步骤4)中去除模板过程中机械搅拌转速为3000～5000rpm，搅拌时间为24～48h；

所述步骤4)中超声波洗涤和离心次数各为3～5次，使用去离子水为50～60℃；

所述步骤4)中钙钛矿粉末的干燥温度为70～80℃。