[发明专利]钴掺杂ZnO压电陶瓷、其制法及高纯制氢

说明书

本发明提供一种钴掺杂ZnO压电陶瓷、其制法及高纯制氢。该陶瓷材料包括ZnO压电陶瓷基体以及均匀分布于ZnO压电陶瓷基体中的Co原子，所述Co原子的质量分数为1wt％～10wt，所述ZnO压电陶瓷基体的孔径为0.1nm～1.0nm。本发明提供的一种钴掺杂ZnO压电陶瓷材料具有较高的催化活性，降低了贵金属的使用，从而大大降低了生产成本，且制备方法简单易行、绿色环保，不排放对环境有害物质，作为氢燃料电池提供高纯氢，不含有一氧化碳、硫化氢、磷化氢、氯离子等使燃料电池中毒的气体。

技术领域

本发明涉及一种钴掺杂ZnO压电陶瓷，特别涉及一种钴掺杂ZnO压电陶瓷、以及该陶瓷的制备方法并于高纯制氢中的应用，属于新能源材料领域。

背景技术

氢燃料电池技术，一直被认为是利用氢能，解决未来人类能源危机的终极方案。上海一直是中国氢燃料电池研发和应用的重要基地，包括上汽、上海神力、同济大学等企业、高校，也一直在从事研发氢燃料电池和氢能车辆。随着中国经济的快速发展，汽车工业已经成为中国的支柱产业之一。2007年中国已成为世界第三大汽车生产国和第二大汽车市场。与此同时，汽车燃油消耗也达到8000万吨，约占中国石油总需求量的1/4。在能源供应日益紧张的今天，发展新能源汽车已迫在眉睫。用氢能作为汽车的燃料无疑是最佳选择。

但是，氢燃料电池的电极材料容易被混合在氢气中的一氧化碳、硫化氢、磷化氢、氯离子等杂质中毒，从而影响氢燃料电池的使用寿命。因此，制备高纯氢对发展氢燃料电池和新能源汽车产业，具有重要的应用价值。另外，尽管贵金属作为催化剂可以制氢，但是贵金属价格高，资源有限，从而限制了贵金属的广泛应用。因此，如何使用质量较少的贵金属同时具有较高的催化活性的材料制备高纯氢是一个亟待解决的问题。

发明内容

现有的氢源大多来源于化工制氢，其中含有容易使燃料电池电极材料中毒的一氧化碳、硫化氢、磷化氢、氯离子等气态物质。本发明的目的在于提供一种钴掺杂ZnO压电陶瓷、其制备方法以及于车载自供能高效制氢中的应用，以克服现有制氢技术中的不足，还克服了现有技术中的贵金属利用率低、催化活性低导致的成本较高的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

一种钴掺杂ZnO压电陶瓷，包括ZnO压电陶瓷基体以及均匀分布于ZnO压电陶瓷基体中的Co原子；

其中，所述Co原子的质量分数为1wt％～10wt；

所述ZnO压电陶瓷基体的孔径为0.1nm～1.0nm。

优选地，所述Co原子的质量分数上限选自2wt％、3wt％、4wt％、5wt％、6wt％、7wt％、8wt％、9wt％、10wt％；所述Co原子的质量分数下限选自1wt％、2wt％、wt％、4wt％、5wt％、6wt％、7wt％、8wt％、9wt％。

优选地，所述ZnO压电陶瓷基体的孔径上限选自0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm、1.0mm；所述ZnO压电陶瓷基体的孔径下限选自0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm。

可选地，所述Co原子取代ZnO晶体中的Zn原子。

一种钴掺杂ZnO压电陶瓷的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备钴掺杂ZnO颗粒：将钴盐、锌盐与碱反应生成钴掺杂ZnO颗粒；

(2)造粒：向步骤(1)制得的钴掺杂ZnO颗粒中分别加入0.5wt％-5wt％的淀粉和一定量的聚乙烯醇溶液球磨造粒；

(3)制备陶坯：将步骤(2)制得的钴掺杂ZnO加入到一定尺寸的磨具中，用压膜机在10-30MPa压力下压制成陶坯；