[发明专利]一种钙钛矿催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种钙钛矿催化剂及其制备方法，所述钙钛矿催化剂，包括A位和B位掺杂了不同金属的钙钛矿基体、弥散分布在该钙钛矿基体表面的金属氧化物颗粒、原位析出在该钙钛矿基体表面的金属颗粒，所述金属氧化物颗粒具备吸水性和氧迁移活性，金属氧化物颗粒通过在钙钛矿基体A位掺杂金属，并通过原位合成的方式使该掺杂金属的氧化物颗粒在钙钛矿基体表面原位生长得到；金属颗粒通过在钙钛矿基体B位掺杂金属，并通过原位析出该金属后得到。其目的在于通过引入第二纳米相的方式，来进一步提高催化剂的吸水性能、氧迁移性能和抗积碳性能，提高了钙钛矿基催化剂的性能，由此解决目前催化剂具有良好吸水性能时的化学稳定性不佳的技术问题。

技术领域

本发明属于钙钛矿基催化剂技术领域，更具体地，涉及一种钙钛矿催化剂及其制备方法。

背景技术

固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种将氢气和碳氢燃料通过电化学反应直接转化为电能和热能的发电装置。目前，SOFC电池的阳极主要为Ni基金属陶瓷，直接利用生物醇容易造成电池阳极的积碳失活，而寻找新的阳极材料则会带来成本和工艺上的问题。因此，基于生物醇重整-SOFC发电的技术路线是目前较为合适的发电方式。该技术路线通过选取合适的催化材料将生物醇提前转化为富氢重整气，从而缓解了生物醇对于电极材料的毒化作用，有利于与现有较为成熟的电池体系相结合，例如Ni-YSZ和Ni-GDC体系等，从而实现生物醇燃料在SOFC上进行稳定高效的发电。

为了实现催化剂的高效和稳定，需要提高催化剂的反应活性面积和材料的抗积碳性能。除了传统的简单氧化物为负载的催化剂以外，钙钛矿基催化剂也是值得注意的研究方向之一。钙钛矿是一种电子和氧离子的混合导体，并对积碳具有良好的耐受性。近年来，基于钙钛矿材料的原位析出工艺得到了广泛的研究。其原理是通过向钙钛矿中掺杂过渡金属元素，在高温还原后使这些金属元素从晶格中脱溶出来，以金属纳米颗粒的形式原位生长。原位析出与基体的相互作用更好，结合更强，从而有利于提高催化活性金属的抗烧结性；另外，这种增强的相互作用可以改变积碳在活性金属的生长方式，从而降低了活性金属被积碳顶起包覆失活的可能，原位析出工艺是钙钛矿基催化剂与传统负载型催化剂(Ni/Al₂O₃和Ni/SiO₂)的主要区别之一，通过该方式可以制备出金属颗粒与氧化物载体相互作用增强的新型负载型催化剂。

除此之外，一些钙钛矿材料还具优异的吸水性能。水会优先吸附在氧空位附近的位置上形成羟基基团，并通过后续反应释放出质子，从而形成氢气。考虑到水蒸气重整会有足量的水参与反应。因此，选用合适的吸水型钙钛矿材料，可以让更多的水参与到重整反应中来，从而提高催化剂的催化性能。另外，吸水产生的质子也被证实会起到消除积碳的作用从而可以提高催化剂的抗积碳性能。优异的吸水性能是钙钛矿基催化剂与传统的负载型催化剂另一个主要区别。

然而，现有的研究表明，现有技术中通过向钙钛矿A位掺杂碱土金属提高吸水性的方法会导致钙钛矿材料在催化气氛中逐渐分解，从而影响了催化剂长期工作稳定性。因此，需要寻找合适的方式，在保证钙钛矿基催化剂的化学稳定性的同时，提高钙钛矿材料的吸水性。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种钙钛矿催化剂及其制备方法，其目的在于通过引入第二纳米相的方式，来进一步提高催化剂的吸水性能、氧迁移性能和抗积碳性能，提高了钙钛矿基催化剂的性能，由此解决目前催化剂具有良好吸水性能时的化学稳定性不佳的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种钙钛矿催化剂，包括A位和B位掺杂了不同金属的钙钛矿基体、弥散分布在该钙钛矿基体表面的金属氧化物颗粒、原位析出在该钙钛矿基体表面的金属颗粒，所述金属氧化物颗粒具备吸水性和氧迁移活性，所述金属氧化物颗粒通过在钙钛矿基体A位掺杂金属，并通过原位合成的方式使该掺杂金属的氧化物颗粒在钙钛矿基体表面原位生长得到，所述金属颗粒通过在钙钛矿基体B位掺杂金属，并原位析出该金属后得到。