[发明专利]一种等离子体辅助制备钙钛矿型甲烷燃烧催化剂的方法

说明书

本发明公开了一种等离子体辅助制备钙钛矿型甲烷燃烧催化剂的方法，往含A位元素和B位元素的可溶性金属盐溶液中加入络合剂形成含金属络合物的混合溶液，将混合溶液蒸发得到湿凝胶，湿凝胶再经干燥、预处理得到前驱体，前驱体置于辉光放电等离子体发生装置中，在氧气氛围下经等离子体处理处理得到钙钛矿型甲烷燃烧催化剂。本发明利用辉光放电等离子体中气体放电产生的高能粒子具有活泼化学性质的特点，诱导钙钛矿结构发生晶格畸变，与传统焙烧或与无等离子体作用制备的钙钛矿型催化剂相比，具有更多的缺陷位、较低的晶粒尺寸以及较大的比表面积等优点，在甲烷燃烧反应中表现出较好的活性，降低了甲烷燃烧反应的温度。

技术领域

本发明涉及一种新型功能材料制备技术，具体涉及一种等离子体辅助制备钙钛矿型(ABO₃)甲烷燃烧催化剂的方法。

背景技术

人们通俗的称等离子体为“物质的第四态”。等离子体技术是近年来发展起来的一种新型功能材料制备技术，具有处理耗能低、效率高、无污染等优点。当外加电压的作用下，等离子体中的气体分子被电离，产生包括电子、离子、原子核原子团在内的混合体。依据体系的能量状态、电子温度和粒子密度可以分为低温等离子体和高温等离子体。辉光放电等离子体是低温等离子体的一种，在外电压的作用下，利用产生的电子将中性原子或分子激发，以光的形式释放能量。低温等离子体在制备催化剂领域具有一定优势，例如：合成超细颗粒的催化剂、喷涂合成负载型催化剂，因此许多学者对低温等离子体的基本特性机理及其实际应用展开了系统研究。

甲烷作为温室气体的一种，是当前温室效应防控的关键。在众多的处理方法中，催化燃烧技术由于具有简单便捷、处理效率高等优点被广泛应用，其核心内容是催化剂的选择。钙钛矿型(ABO₃)复合金属氧化物材料具有较高的热稳定性、良好的结构可调变性、优异氧化-还原性质和氧物种传递性能，在催化燃烧领域被认为是一种具有深远前景的催化材料。

对于ABO₃结构，A、B位离子具有不确定性，A位或者B位离子的部分取代会使得某些金属离子价态发生变化，形成一些特定结构的复合氧化物，并导致一些阳离子或阴离子缺陷位点的生成，进而改善其催化活性。ABO₃材料常用的制备方法是将A位和B位金属离子通过化学或物理方法充分混合后，再经过高温晶化获得。如溶胶-凝胶法、沉淀法。中国专利CN107042113 A采用了溶胶-凝胶法制备了B位掺杂Ga离子的钴镓基催化剂，中国专利CN109529873A同样采用了溶胶-凝胶法制备了钌基钙钛矿LaCo_1-xRu_xO₃(0≤x≤1)催化剂。中国专利申请CN 109701553 A采用共沉淀法制备了钙钛矿型锆酸钙催化剂。这些方法面临的弊端是制备的催化剂比表面积小，缺陷位点少等，从而影响催化剂的催化效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种使用等离子体技术处理钙钛矿型催化剂的方法，利用辉光放电等离子体中气体放电产生的高能粒子，诱导钙钛矿结构发生晶格畸变，从而产生更多的缺陷位。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种等离子体辅助制备钙钛矿型甲烷燃烧催化剂的方法，往含A位元素和B位元素的可溶性金属盐溶液中加入络合剂形成含金属络合物的混合溶液，将混合溶液加热蒸发得到湿凝胶，湿凝胶再经干燥、预处理得到前驱体，前驱体置于等离子体发生装置中，在氧气氛围下经等离子体处理得到钙钛矿型甲烷燃烧催化剂。

具体的，所述的等离子体辅助制备钙钛矿型甲烷燃烧催化剂的方法，包括如下步骤：

步骤(1)、将含A位元素和B位元素的可溶性金属盐溶解于去离子水中，连续搅拌混合均匀，保证溶质的均匀分散，得到可溶性金属盐溶液；

步骤(2)、将络合剂加入到步骤(1)的混合均一的可溶性金属盐溶液中，常温搅拌，形成含金属络合物的混合溶液；