CN110534758A - 一种利用四氮化三碳表面改性钙钛矿氧化物的方法 - Google Patents

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肖阳
陈富强
黄俊皓
黄隆勇
彭光万
杨砚文
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Abstract

本发明公开了一种利用g‑C3N4对钙钛矿La0.6Sr0.4CoO3进行改性的方法。采用简单的热聚合法制备g‑C3N4：首先将3g的三聚氰胺在氮气的保护下，480℃烧结4h，升温速率为5℃·min‑1。随后将前驱体粉末在氮气保护下，继续在550℃烧结2h，得到块体的g‑C3N4。按照金属离子与柠檬酸比例为2:3称取柠檬酸，搅拌下将柠檬酸溶液缓慢倒入硝酸盐混合溶液中，滴入氨水调节pH值，然后将混合溶液放入85℃水浴下旋转蒸发。将胶体在120℃干燥12h后，350℃预煅烧30min，将其研磨成细粉后在800℃下煅烧3h，升温速度为10℃·min‑1，再次研磨产物。将上述制得的g‑C3N4按10％～25％与钙钛矿型La0.6Sr0.4CoO3氧化物按90％～75％的质量比例进行均匀混合，二者比例之和为100％，制得g‑C3N4改性的钙钛矿La0.6Sr0.4CoO3。

Description

一种利用四氮化三碳表面改性钙钛矿氧化物的方法
技术领域
本发明属于功能材料领域，特别是涉及一种利用石墨烯表面改性钙钛矿氧化物La0.6Sr0.4CoO3的方法。
背景技术
近年来，随着世界人口的增长和经济的飞速发展，不可再生能源濒临匮乏，可再生资源虽然不受能源匮乏的影响，但由于一些自然因素，导致的效率不够高，发电成本高，因此开发高效、绿色的化学电源势在必行。金属-空气电池是一种介于原电池和燃料电池之间的一种清洁、高效的绿色电池，不仅具备燃料电池能量转换率高、对环境友好以及污染少的优势，而且攻克了燃料电池某些方面的缺点。贵金属一直以来都是电池类能源的必需品，但其成本高、材料稀缺不宜大规模生产，因此寻找贵金属的替代品是近年研究的热点。钙钛矿(ABO3)是一种新型的复合氧化物，具有良好的热稳定性、热敏电阻性、超导特性、氧吸附性能以及氧化还原性等特点，因此钙钛矿是一种具有巨大前景的取代贵金属的新型催化材料，引起广大研究人员的目光。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用g-C3N4对钙钛矿氧化物La0.6Sr0.4CoO3的催化性能进行改善的方法。
本发明的思路：通过往钙钛矿氧化物La0.6Sr0.4CoO3中通过添加g-C3N4改性剂的方法来提高氧电极的电化学性能。
具体步骤为：
(1)采用热聚合法制备g-C3N4：首先将3g的三聚氰胺在氮气保护下，以5℃·min-1的升温速率加热到480℃，保持4h，取出粉体研磨。随后将前驱体粉末在氮气保护下，继续在550℃烧结2h，得到块体的g-C3N4。
(2)按照金属离子与柠檬酸比例为2:3称取柠檬酸。搅拌下将柠檬酸溶液缓慢倒入硝酸盐混合溶液中，滴入氨水将pH值调节成一定值，然后将混合溶液放入85℃水浴下旋转蒸发。将胶体在120℃下干燥12h，350℃下预煅烧30min，将其研磨成细粉后，在800℃煅烧3h，升温速度为10℃·min-1，再次研磨产物。
(3)将步骤(1)制得的g-C3N4按10％～25％与步骤(2)制得的钙钛矿型La0.6Sr0.4CoO3氧化物按90％～75％的质量比例进行均匀混合，二者比例之和为100％，制得g-C3N4改性的钙钛矿La0.6Sr0.4CoO3。
具体实施方式
实施例1：
(1)将3g的三聚氰胺在氮气保护下，以5℃·min-1的升温速率加热到480℃，保持4h，取出粉体研磨。随后将前驱体粉末在氮气保护下，继续在550℃烧结2h，得到块体的g-C3N4。
(2)按照金属离子与柠檬酸比例为2:3称取柠檬酸。搅拌下将柠檬酸溶液缓慢倒入硝酸盐混合溶液中，滴入氨水将pH值调节成一定值，然后将混合溶液放入85℃水浴下旋转蒸发。将胶体在120℃下干燥12h，350℃下预煅烧30min，将其研磨成细粉后，在800℃煅烧3h，升温速度为10℃·min-1，再次研磨产物。
(3)将步骤(1)制得的g-C3N4粉末与步骤(2)制得的钙钛矿型La0.6Sr0.4CoO3氧化物按10％：90％的质量比例进行均匀混合，二者比例之和为100％，制得g-C3N4改性的钙钛矿La0.6Sr0.4CoO3。
实施例2：
(1)将3g的三聚氰胺在氮气保护下，以5℃·min-1的升温速率加热到480℃，保持4h，取出粉体研磨。随后将前驱体粉末在氮气保护下，继续在550℃烧结2h，得到块体的g-C3N4。
(2)按照金属离子与柠檬酸比例为2:3称取柠檬酸。搅拌下将柠檬酸溶液缓慢倒入硝酸盐混合溶液中，滴入氨水将pH值调节成一定值，然后将混合溶液放入85℃水浴下旋转蒸发。将胶体在120℃下干燥12h，350℃下预煅烧30min，将其研磨成细粉后，在800℃煅烧3h，升温速度为10℃·min-1，再次研磨产物。
(3)将步骤(1)制得的g-C3N4粉末与步骤(2)制得的钙钛矿型La0.6Sr0.4CoO3氧化物按15％：85％的质量比例进行均匀混合，二者比例之和为100％，制得g-C3N4改性的钙钛矿La0.6Sr0.4CoO3。
实施例3：
(1)将3g的三聚氰胺在氮气保护下，以5℃·min-1的升温速率加热到480℃，保持4h，取出粉体研磨。随后将前驱体粉末在氮气保护下，继续在550℃烧结2h，得到块体的g-C3N4。
(2)按照金属离子与柠檬酸比例为2:3称取柠檬酸。搅拌下将柠檬酸溶液缓慢倒入硝酸盐混合溶液中，滴入氨水将pH值调节成一定值，然后将混合溶液放入85℃水浴下旋转蒸发。将胶体在120℃下干燥12h，350℃下预煅烧30min，将其研磨成细粉后，在800℃煅烧3h，升温速度为10℃·min-1，再次研磨产物。
(3)将步骤(1)制得的g-C3N4粉末与步骤(2)制得的钙钛矿型La0.6Sr0.4CoO3氧化物按20％：80％的质量比例进行均匀混合，二者比例之和为100％，制得g-C3N4改性的钙钛矿La0.6Sr0.4CoO3。
实施例4：
(1)将3g的三聚氰胺在氮气保护下，以5℃·min-1的升温速率加热到480℃，保持4h，取出粉体研磨。随后将前驱体粉末在氮气保护下，继续在550℃烧结2h，得到块体的g-C3N4。
(2)按照金属离子与柠檬酸比例为2:3称取柠檬酸。搅拌下将柠檬酸溶液缓慢倒入硝酸盐混合溶液中，滴入氨水将pH值调节成一定值，然后将混合溶液放入85℃水浴下旋转蒸发。将胶体在120℃下干燥12h，350℃下预煅烧30min，将其研磨成细粉后，在800℃煅烧3h，升温速度为10℃·min-1，再次研磨产物。
(3)将步骤(1)制得的g-C3N4粉末与步骤(2)制得的钙钛矿型La0.6Sr0.4CoO3氧化物按25％：75％的质量比例进行均匀混合，二者比例之和为100％，制得g-C3N4改性的钙钛矿La0.6Sr0.4CoO3。
对以上实施例制备的催化剂进行测试，结果如下：
(1)阳极极化中，在La0.6Sr0.4CoO3中添加适量g-C3N4后，起始电位降低，极化减小。其中添加15％g-C3N4催化剂的氧电极与其他电极相比，起峰电位最小为0.494V，当电压为1V时，电流密度达到了364.3mA·cm-2。
(2)阴极极化中，少量的g-C3N4添加到La0.6Sr0.4CoO3中起到了增强催化剂氧还原活性的作用。添加15％g-C3N4的催化剂催化的氧电极在电压为-0.6V时，电流密度达到277.4mA·cm-2。但是添加过量g-C3N4会使催化剂的氧还原活性降低。
(3)通过将催化剂加入到双效氧电极进行电化学测试，分析测试结果得出，在La0.6Sr0.4CoO3中添加适量的g-C3N4，二者协同催化，可提高催化剂的氧还原和氧析出催化活性，其中添加15％g-C3N4的催化剂的活性最高。

Claims (1)

1.一种利用g-C3N4对钙钛矿La0.6Sr0.4CoO3进行改性的方法，其特征具体步骤为:
(1)采用热聚合法制备g-C3N4：首先将3g的三聚氰胺在氮气的保护下，以5℃·min-1的升温速率480℃保持4h后，取出粉体研磨，随后将前驱体粉末在氮气保护下，继续在550℃烧结2h，得到块体的g-C3N4；
(2)按照金属离子与柠檬酸比例为2:3称取柠檬酸，搅拌下将配好的柠檬酸溶液缓慢倒入硝酸盐混合溶液中，滴入氨水将pH值调节成一定值，然后将混合溶液放入85℃水浴下旋转蒸发，将胶体在120℃下干燥12h，350℃下预煅烧30min，将其研磨成细粉后放入马弗炉中，在800℃下煅烧3h，升温速度为10℃·min-1，再次研磨产物；
(3)将步骤(1)制得的g-C3N4按10％～25％与步骤(2)制得的钙钛矿型La0.6Sr0.4CoO3氧化物按90％～75％的质量比例进行均匀混合，二者比例之和为100％，制得g-C3N4改性的钙钛矿。
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