[发明专利]一种相变工程调控铁基钙钛矿氧化物薄膜电催化活性的方法

说明书

本发明公开了一种相变工程调控铁基钙钛矿氧化物薄膜电催化活性的方法，涉及电催化材料技术领域。本发明利用脉冲激光沉积技术精确调控沉积过程中氧压大小得到具有不同相结构的SrFeO_3‑x(0x≤0.5)单晶薄膜，实现SrFeO_3‑x(0x≤0.5)单晶薄膜由SrFeO_2.97(钙钛矿相，PV)到SrFeO_2.5(钙铁石相，BM)的结构相变，从而调控SrFeO_3‑x(0x≤0.5)单晶薄膜电极的电催化活性，以获得高电催化活性的单晶薄膜，本发明具有制备方法简单，成本低，易于控制，效率高，可操作性强，应用面较广等优势。

技术领域

本发明涉及电催化材料技术领域，尤其涉及一种相变工程调控铁基钙钛矿氧化物薄膜电催化活性的方法。

背景技术

随着化石燃料的逐渐消耗和减少，开发可持续利用的新能源是现代社会面临的一个重大挑战，氢能作为一种清洁环保，极具前景的新型能源正在大量投入使用，电解水产氢被认为是目前最科学高效的方法。为提高反应动力学，电解水过程中必须加入高效活性催化剂。贵金属等合成类材料作为电催化剂虽然已经成熟(如IrO₂，RuO₂，Pt，Au等)，但因其成本过高，含量较少限制了其大规模的商业化应用。因此开发低成本、高效的新型电催化剂有着十分重要的意义。

近年来很多过渡金属氧化物开始逐步取代贵金属成为新型电催化剂的研究热点，其中钙钛矿氧化物因其低成本、高活性、制备方法简单和较强的反应动力学在电催化领域展现出巨大潜力，最具代表性的新型催化剂当属Fe、Co、Ni型钙钛矿氧化物催化剂。目前对钙钛矿铁酸锶(SFO)电催化活性的调控主要集中在以粉末为基础的元素组成、形貌特征、颗粒大小、氧空位等方面。特别是氧空位在整个电催化反应的过程中扮演着重要角色，但基于微观结构下的氧通道对电催化活性的调控却鲜有报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是背景技术中提到的一些缺陷，通过精细的微观氧通道调控电催化活性，以提供一种相变工程调控铁基钙钛矿氧化物薄膜电催化活性的方法。

为了解决上述问题，本发明提出以下技术方案：

本发明提供一种相变工程调控铁基钙钛矿氧化物薄膜电催化活性的方法，用脉冲激光在衬底层上轰击靶材，调整沉积过程中动态氧分压为1.0～30.0Pa，得到具有不同相结构的SrFeO_3-x(0x≤0.5)单晶薄膜，所述靶材为SrFeO_2.97。

所述的不同相结构是指SrFeO_2.97(钙钛矿相，PV)到SrFeO_2.5(钙铁石相，BM)的结构相变，从而实现对SrFeO_3-x(0x≤0.5)薄膜电催化活性的调控。

其进一步地技术方案为，脉冲激光沉积系统的腔体内背底真空度小于2×10^-5Pa，沉积温度为600～800℃。

其进一步地技术方案为，激光光源为KrF准分子激光，激光波长为248nm，脉宽10ns，激光能量密度为1.0J/cm²～4.0J/cm²，频率为1Hz～10Hz。

其进一步地技术方案为，沉积过程中动态氧分压为5.0Pa时，得到SrFeO_2.5单晶薄膜。

即沉积过程中的临界动态氧分压为5Pa时，SrFeO_3-x(0x≤0.5)单晶薄膜发生PV到BM的结构相变，得到SrFeO_2.5单晶薄膜。

其进一步地技术方案为，所述SrFeO_2.5单晶薄膜为钙铁石相结构。