[发明专利]一种用于CO2

说明书

本发明涉及用于CO₂电解的固体氧化物电解池阴极材料，具体说是一种A缺位的层状钙钛矿阴极材料Pr_0.9Ba_0.9Mn_2‑5xFe_4xNi_xO_5+δ(PBMFNO，x＝0.04～0.20)及其应用。本发明的特征在于：对钛矿材料Pr_0.5Ba_0.5MnO₃材料在A位引入Pr、Ba缺位，B位掺入Fe、Ni两种过渡金属离子，分子式为Pr_0.45Ba_0.45Mn_1‑5yFe_4yNi_yO_3‑δ(y＝0.02～0.10)，通过H₂还原使其转变PBMFNO，同时原位脱溶出的尺寸介于30‑50nm的铁镍合金FeNi₃纳米颗粒。本发明制备出的钙钛矿阴极材料具有良好的稳定性和CO₂催化活性，可以有效降低阴极极化。

技术领域

本发明涉及一种用于CO₂高温电解的固体氧化物电解池(SOEC)阴极材料，具体地说是一种铁镍合金原位脱溶的Pr_0.9Ba_0.9Mn_2-5xFe_4xNi_xO_5+σ(PBMFNO，x＝0.04～0.20)层状钙钛矿阴极材料，以及包含该阴极材料的SOEC阴极。

背景技术

我国能源结构具有“贫油，少气，富煤”的特点，近年来国家不断推动和支持新型煤化工行业的发展来缓解过分依赖国外石油，天然气进口的现状。目前，新型煤化工行业技术不断创新和突破，特别是在煤直接或间接液化，煤制油，天然气，甲醇和烯烃等工艺方面，但是大量产生和排放的副产物CO₂给环境带来了严重的负担。

CO₂的电化学催化转化具有快速高效和产品纯度高的特点，特别是基于SOEC的高温电解，可以直接将CO₂的还原为CO。利用高温电解实现CO₂的资源化不仅有利于环境保护，而且有利于创造额外的经济效益。产生的CO不仅可以作为燃料气，而且还可以作为原料用于化工合成烯烃，进一步生产高附加值的化工产品。

传统的Ni基陶瓷阴极材料在高温CO₂气氛中容易积碳，电解过程中Ni表面产生的无定型碳和石墨不仅会堵塞三相界面，而且会进一步扩散到Ni基体，进而造成整个阴极材料失效。最近，Pr_0.5Ba_0.5MnO₃等钙钛矿基阴极材料得到了广泛的关注(Nature Materials,2015,14: 205-209)，该材料体系具有良好的抗积碳性能。但是，钙钛矿基阴极材料对于CO₂吸附性能较差、催化活性较弱、电解过程极化损失大，如何提高其电极活性及对CO₂的催化能力是需要解决的关键问题。

发明内容

本发明的目的是为了克服钙钛矿基阴极材料对CO₂电催化活性不足的问题，在钙钛矿 Pr_0.5Ba_0.5MnO₃材料的A位引入Pr、Ba缺位，B位掺入Fe、Ni两种过渡金属离子，分子式为Pr_0.45Ba_0.45Mn_1-5yFe_4yNi_yO_3-δ(y＝0.02～0.10)，通过H₂还原使其转变为层状钙钛矿结构，同时原位脱溶出的尺寸介于30-50nm的铁镍合金FeNi₃纳米颗粒，获得一种用于CO₂电解的铁镍合金原位脱溶的高活性PBMFNO阴极材料。通过大量实验，本发明人发现，原位脱溶的铁镍合金纳米颗粒具有良好的稳定性，可以显著提高阴极材料的催化活性，降低电解过程的阴极极化。