[发明专利]一种掺杂型过渡金属氧化物及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种掺杂型过渡金属氧化物，其特征在于，

所述掺杂型过渡金属氧化物的微观形貌为微小颗粒组成的纳米片结构；

掺杂金属元素为铈；

过渡金属氧化物为四氧化三钴或氧化钴；

所述掺杂型过渡金属氧化物具有立方晶相结构；

所述掺杂型过渡金属氧化物的立方晶相的含量≥90％。

2.根据权利要求1所述的掺杂型过渡金属氧化物，其特征在于，

所述掺杂型过渡金属氧化物的平均孔径分布为12-20nm，比表面积为25-55m²/g。

3.根据权利要求1所述的掺杂型过渡金属氧化物，其特征在于，

所述掺杂型过渡金属氧化物通过X光衍射获得的(311)方向的微晶尺寸为22-28nm。

4.一种铈掺杂四氧化三钴晶体材料，其特征在于，所述铈掺杂四氧化三钴晶体材料具有立方晶相结构，铈掺杂在四氧化三钴的晶格中；

所述铈掺杂的四氧化三钴晶体材料的形貌为纳米片，所述纳米片的厚度为50nm～150nm；

所述四氧化三钴的氧还原电催化剂的过电位减所述铈掺杂四氧化三钴的氧还原电催化剂的过电位的差值≥20mV。

5.权利要求1-3任一项所述的掺杂型过渡金属氧化物的制备方法，

(1)制备混合液相体系，所述混合液相体系含有尿素或氢氧化钠或氨水或硼氢化钠中的至少一种、过渡金属氧化物的前驱体、掺杂金属元素的前驱体；

(2)将所述混合液相体系进行水热反应，分离得到固相体；

(3)将所述固相体进行热处理，得到所述掺杂型过渡金属氧化物。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，

所述水热反应的温度为120～180℃，时间为12～24h；

所述热处理的温度为350℃～550℃，热处理时间为2～3h，升温速率为3-10℃min^-1；

所述混合液相体系的溶剂为水或乙醇；

所述过渡金属氧化物的前驱体选自过渡金属的水溶性盐中的至少一种，优选过渡金属的有机酸盐；

优选过渡金属氧化物的前驱体为四水合乙酸钴、氯化钴或硝酸钴；

所述掺杂金属元素的前驱体为掺杂的金属元素的硝酸盐；

优选所述掺杂金属的前驱体为六水合硝酸铈。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，

所述混合液相体系中，所述过渡金属氧化物的前驱体与溶剂的用量比为0.04～0.12mol L^-1；尿素或氢氧化钠或氨水或硼氢化钠中的至少一种与溶剂的用量比为0.375～0.833mol L^-1；

所述过渡金属氧化物的前驱体与尿素或氢氧化钠或氨水或硼氢化钠中的至少一种的用量摩尔比为0.05～0.32；

掺杂金属的前驱体与过渡金属氧化物的前驱体的用量摩尔比为0.1％～10％；

所述掺杂金属的前驱体与过渡金属氧化物的前驱体的摩尔比以掺杂金属元素与过渡金属元素的摩尔比计。

8.权利要求1-3任一项1-3所述的掺杂型过渡金属氧化物或根据权利要求5-7任一项所述方法制备得到的掺杂型过渡金属氧化物在电催化氧还原系统中的应用。

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述电催化氧还原系统包括金属/空气电池、电容器、质子交换膜燃料电池。

10.一种电催化氧还原工作电极，其特征在于，包括权利要求1-3任一项1-3所述的掺杂型过渡金属氧化物或根据权利要求5-7任一项所述方法制备得到的掺杂型过渡金属氧化物。