[发明专利]一种Sr基双功能钙钛矿电催化材料及其制备方法与应用

说明书

本发明属于电催化材料技术领域，尤其涉及一种Sr基双功能钙钛矿电催化材料及其制备方法与应用。本发明所述电催化材料为Sr基钙钛矿型氧化物，其微观形貌为纳米颗粒，所述纳米颗粒的粒径为10～90nm。本发明提供的电催化剂具有较好的OER和HER催化活性，能在燃料电池及电解水等技术中使用并拥有良好的催化活性。本发明所制备的Sr基双功能钙钛矿电催化材料为纳米颗粒结构、粒径较小，增大了催化剂的活性面积，从而提高电催化活性，在电解水领域具有良好的应用前景。本发明提供的制备方法操作简便，安全环保，具有良好的经济效益。

技术领域

本发明属于电催化材料技术领域，尤其涉及一种Sr基双功能钙钛矿电催化材料及其制备方法与应用。

背景技术

发展可持续的清洁能源，减少对化石原料的依赖，是当今人类所需要解决的重大问题之一。氢能作为一种清洁能源，热值高，无污染，被认为是最具有发展前景的能源之一。电化学分解水制氢在生产过程中不产生污染物，是重要的氢能生产途径。在电解水过程中，阴极析氧反应（OER）和阳极析氢反应（HER）均为动力学缓慢过程，形成较高的过电位，使电解水过程的分解电压较高，电解效率低且能耗高。为解决上述问题，通常需要高效的电催化剂以降低OER和HER的过电位。目前，用于OER和HER的高效电催化剂主要为RuO₂、IrO₂和Pt等贵金属基催化剂。然而贵金属的使用使电解水设备的成本大大提高。因此，开发具有较低过电位的非贵金属电催化剂，对于降低电解水成本、提高水分解效率、降低能耗具有重要意义。

近年来，钙钛矿型氧化物由于具有独特的晶体结构，表现出优异的OER、HER电催化活性被广泛研究。如现有技术中公开了一种使用高温固相反应制备层状铱基钙钛矿的方法，其步骤如下：将一定量的SrCO₃和Ir粉在玛钢砂浆中彻底研磨混合均匀，所得混合物在900～1000℃煅烧8～12h，然后升温至1100～1200℃煅烧8～12h，最后冷却至室温获得层状铱基钙钛矿。然而，该方法获得的铱基钙钛矿存在颗粒粗大且不均匀、电催化活性及稳定性差等问题，从而限制了它们的应用与发展。

因此，开发尺寸小且高性能的钙钛矿型氧化物作为电解水催化剂是十分迫切的。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种Sr基双功能钙钛矿电催化材料，本发明所述的Sr基钙钛矿电催化材料具有优良的OER和HER电催化活性，是一种双功能电催化剂，且具有较好的稳定性。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种Sr基双功能钙钛矿电催化材料，所述材料为Sr基钙钛矿型氧化物；其微观形貌为纳米颗粒，所述纳米颗粒的粒径为10～90nm。

本发明还提供了一种钙钛矿型电催化材料的制备方法。本发明以PVP为络合物采用溶胶凝胶法制备双功能电催化材料。相比于传统溶胶凝胶法、固相合成法及新型化学合成法，该方法显著降低了催化剂合成温度以及合成时间，并且制备方法简单，条件容易实现，可以大规模生产，具有良好的应用前景。

所述制备方法为：改进传统的溶胶凝胶法，使用PVP作为络合物，制备具有纳米尺度双功能钙钛矿电催化材料。

上述双功能钙钛矿电催化材料的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）制备溶胶凝胶，常温下将不同元素化合物与聚乙烯毗咯烷酮（PVP）混合，加入去离子水、N,N-二甲基甲酰胺（DMF）以及无水乙醇中搅拌混合均匀，最后真空干燥，得到溶胶凝胶。

（2）将步骤（1）中的溶胶凝胶进行烧结，得到所述纳米双功能钙钛矿电催化材料。

根据本发明，优选的，步骤（1）中所述的不同元素化合物分别为硝酸锶、硝酸钴、硝酸铁、钼酸铵。