CN112164808B - 一种氟掺杂镨、锶和钴固体氧化物燃料电池氧还原反应电催化剂的制备方法及其产品 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种氟掺杂固体氧化物燃料电池氧还原反应电催化剂的制备方法及其产品。本发明将可溶性的稀土盐和过渡族金属盐共混，加入有机助燃剂的溶液中，随后在空气气氛下加热到自燃温度，可得到氟掺杂固体氧化物PrSrCo2O5粉体，粉体再经过一定温度处理去除杂质。经测试粉体具有良好的催化活性，可见这一发明所提供的燃烧法制备催化剂粉体，操作简便也利于后续的工业应用。

Description

一种氟掺杂镨、锶和钴固体氧化物燃料电池氧还原反应电催 化剂的制备方法及其产品
技术领域
本发明属于材料化学技术领域，涉及一种氟掺杂PrSrCo2O5作为固体氧化物燃料电池氧还原反应电催化剂的制备方法及其产品。
背景技术
固体氧化物燃料电池属于第三代燃料电池，是一种在中高温下直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效、环境友好地转化成电能的全固态化学发电装置。通过对电催化剂材料设计，提高活性位数量，或提高活性位本征活性是提高电催化能源转化的策略。非贵金属材料的发展使得作为HOR及ORR电催化剂成为可能。对于HOR非贵金属催化剂，RaneyNi、NiMo、NiCr、CoNiMo、NiCu等镍基催化剂得到了较多的关注；对于ORR非贵金属催化剂，研究重点集中于利用氮、硫、硼和磷等掺杂不同结构的碳（石墨烯、纳米管、有序介孔碳）材料，过渡金属氧/硫化物也是一类重要的非贵金属催化剂，其中锰和钴的氧化物受到了广泛关注。此外，金属氧/硫化物体系也备受关注，目前比较有潜力的主要是锰和钴的氧化物，特别是其中具有尖晶石结构的多价态氧化物，例如Ni、Cu和Mn取代Co3O4中单个钴原子形成的尖晶石结构氧化物。整体而言，非贵金属催化剂体系的发展趋势是多组元复合。
发明内容
本发明目的在于：提供一种氟掺杂固体氧化物燃料电池氧还原反应电催化剂的制备方法。
本发明的再一目的在于：提供一种上述方法制备的氟掺杂PrSrCo2O5固体氧化物燃料电池氧还原反应电催化剂产品。
本发明目的通过下述方案实现：一种氟掺杂镨、锶和钴固体氧化物燃料电池氧还原反应电催化剂的制备方法，将可溶性的稀土盐和过渡族金属盐共混，加入有机助燃剂的溶液中，随后在空气气氛下加热到自燃温度，可得到PrSrCo2O5粉末，包括如下步骤：
a．摩尔比为标称成分的硝酸镨(III)六水合物Pr（NO3）3·6H2O、六水硝酸锶晶体
Sr（NO3）2·6H2O、硝酸亚钴Co（NO3）2·6H2O（98.5%）和氟化钡(BaF2)晶体（99.0%）溶解在去离子水中，形成总金属离子浓度为2.0mol/L的水溶液，三种金属离子Pr:Sr:Co的摩尔比为1:1:2；
b.随后引入以乙二胺四乙酸EDTA和柠檬酸为络合剂和燃烧剂的溶液中，使EDTA、柠檬酸和总金属离子的摩尔比为1.5:1:1；
c.滴加氨水，将pH调至7.0左右；将溶液在室温下用磁力搅拌器搅拌约2 h，然后在热板上加热至自燃，产生黑色灰烬，收集并在1000-1300℃下加热3 h，通过燃烧过程合成得到PrSrCo2O5粉末；
d.直径13 mm的不锈钢模具，在250 MPa下将步骤c所得的PrSrCo2O5粉末单轴压制成圆盘状颗粒，然后，在1500℃下在空气中烧结5h，形成直径约10.0mm、厚度约0.4mm的致密颗粒，为了制备电极层，将PrSrCo2O5粉末与乙基纤维素和α-松油醇混合制备PrSrCo2O5浆料，采用丝网印刷技术将浆料均匀地沉积在电极上。
步骤c的加热温度可以为1000、1050、1100、1150、1200、1250或1300℃。
本发明还提供了一种氟掺杂PrSrCo2O5作为固体氧化物燃料电池氧还原反应电催化剂，根据上述任一所述的方法制备得到。
本发明将可溶性的稀土盐和过渡族金属盐共混，加入有机助燃剂的溶液中，随后在空气气氛下加热到自燃温度，可得到PrSrCo2O5粉体，粉体再经过一定温度处理去除杂质。经测试粉体具有良好的催化活性，可见本发明所提供的燃烧法制备催化剂粉体，操作简便也利于后续的工业应用。
本发明优越性在于：制法简便，利用工业化生产。获得的产品结合了贵金属和稀土复合氧化物的催化特性，具有自身回复特性，有更高的高温稳定性和抗中毒性，且通过混合稀土进一步降低了成本。
附图说明
图1为本发明实施例1的SEM图。
具体实施方式
实施例1
一种氟掺杂镨、锶和钴固体氧化物燃料电池氧还原反应电催化剂，将可溶性的稀土盐和过渡族金属盐共混，加入有机助燃剂的溶液中，随后在空气气氛下加热到自燃温度，得到PrSrCo2O5粉末，按如下步骤制备：
a. 摩尔比为标称成分的硝酸镨(III)六水合物Pr（NO3）3·6H2O、六水硝酸锶晶体
Sr（NO3）2·6H2O、硝酸亚钴Co（NO3）2·6H2O（98.5%）和氟化钡(BaF2)晶体（99.0%）溶解在去离子水中，形成总金属离子浓度为2.0mol/L的水溶液，三种金属离子Pr:Sr:Co的摩尔比为1:1:2；
b.随后引入以乙二胺四乙酸EDTA和柠檬酸为络合剂和燃烧剂的溶液中，使EDTA、柠檬酸和总金属离子的摩尔比为1.5:1:1；
c.滴加氨水，将pH调至7.0左右；将溶液在室温下用磁力搅拌器搅拌约2 h，然后在热板上加热至自燃，产生黑色灰烬，收集并在1000℃下加热3 h，通过燃烧过程合成得到PrSrCo2O5粉末，为本实施例的SEM图见图1。
d.直径13 mm的不锈钢模具，在250 MPa下将步骤c所得的PrSrCo2O5粉末单轴压制成圆盘状颗粒，然后，在1500℃下在空气中烧结5h，形成直径约10.0mm、厚度约0.4mm的致密颗粒，为了制备电极层，将PrSrCo2O5粉末与乙基纤维素和α-松油醇混合制备PrSrCo2O5浆料，采用丝网印刷技术将浆料均匀地沉积在电极上。
实施例2
一种氟掺杂镨、锶和钴固体氧化物燃料电池氧还原反应电催化剂，与实施例1近似，按如下步骤制备：
a.摩尔比为标称成分的硝酸镨(III)六水合物Pr（NO3）3·6H2O、六水硝酸锶晶体
Sr（NO3）2·6H2O、硝酸亚钴Co（NO3）2·6H2O（98.5%）和氟化钡(BaF2)晶体（99.0%）溶解在去离子水中，形成总金属离子浓度为2.0mol/L的水溶液，三种金属离子Pr:Sr:Co的摩尔比为1:1:2；
b.随后引入以乙二胺四乙酸EDTA和柠檬酸为络合剂和燃烧剂的溶液中，使EDTA、柠檬酸和总金属离子的摩尔比为1.5:1:1；
c.滴加氨水，将pH调至7.0左右；将溶液在室温下用磁力搅拌器搅拌约2 h，然后在热板上加热至自燃，产生黑色灰烬，收集并在1300℃下加热3 h，得到PrSrCo2O5粉末；
d.直径13 mm的不锈钢模具，在250 MPa下将步骤c所得的PrSrCo2O5粉末单轴压制成圆盘状颗粒，然后，在1500℃下在空气中烧结5h，形成直径约10.0mm、厚度约0.4mm的致密颗粒，为了制备电极层，将PrSrCo2O5粉末与乙基纤维素和α-松油醇混合制备PrSrCo2O5浆料，采用丝网印刷技术将浆料均匀地沉积在电极上。
实施例3
一种氟掺杂镨、锶和钴固体氧化物燃料电池氧还原反应电催化剂，与实施例1近似，按如下步骤制备：
a. 摩尔比为标称成分的硝酸镨(III)六水合物Pr（NO3）3·6H2O、六水硝酸锶晶体
Sr（NO3）2·6H2O、硝酸亚钴Co（NO3）2·6H2O（98.5%）和氟化钡(BaF2)晶体（99.0%）溶解在去离子水中，形成总金属离子浓度为2.0mol/L的水溶液，三种金属离子Pr:Sr:Co的摩尔比为1:1:2；
b.随后引入以乙二胺四乙酸EDTA和柠檬酸为络合剂和燃烧剂的溶液中，使EDTA、柠檬酸和总金属离子的摩尔比为1.5:1:1；
c.滴加氨水，将pH调至7.0左右；将溶液在室温下用磁力搅拌器搅拌约2 h，然后在热板上加热至自燃，产生黑色灰烬，收集并在1150℃下加热3 h，得到PrSrCo2O5粉末；
d.直径13 mm的不锈钢模具，在250 MPa下将步骤c所得的PrSrCo2O5粉末单轴压制成圆盘状颗粒，然后，在1500℃下在空气中烧结5h，形成直径约10.0mm、厚度约0.4mm的致密颗粒，为了制备电极层，将PrSrCo2O5粉末与乙基纤维素和α-松油醇混合制备PrSrCo2O5浆料，采用丝网印刷技术将浆料均匀地沉积在电极上。

Claims (2)

1.一种氟掺杂镨、锶和钴固体氧化物燃料电池氧还原反应电催化剂的制备方法，将可溶性的稀土盐和过渡族金属盐共混，加入有机助燃剂的溶液中，随后在空气气氛下加热到自燃温度，可得到PrSrCo2O5粉末，包括如下步骤：
a. 摩尔比为标称成分的硝酸镨(III)六水合物Pr（NO3）3·6H2O、六水硝酸锶晶体
Sr（NO3）2·6H2O、硝酸亚钴Co（NO3）2·6H2O和氟化钡BaF2晶体溶解在去离子水中，形成总金属离子浓度为2.0mol/L的水溶液，三种金属离子Pr:Sr:Co的摩尔比为1:1:2；
b.随后引入以乙二胺四乙酸EDTA和柠檬酸为络合剂和燃烧剂的溶液中，使EDTA、柠檬酸和总金属离子的摩尔比为1.5:1:1；
c.滴加氨水，将pH调至7.0；将溶液在室温下用磁力搅拌器搅拌2 h，然后在热板上加热至自燃，产生黑色灰烬，收集并在1000-1300℃下加热3 h，通过燃烧过程合成得到PrSrCo2O5粉末；
d.采用直径13 mm的不锈钢模具，在250 MPa下将步骤c所得的PrSrCo2O5粉末单轴压制成圆盘状颗粒，然后，在1500℃下在空气中烧结5h，形成直径10.0mm、厚度0.4mm的致密颗粒，为了制备电极层，将PrSrCo2O5粉末与乙基纤维素和α-松油醇混合制备PrSrCo2O5浆料，采用丝网印刷技术将浆料均匀地沉积在电极上；
步骤c的加热温度为1000、1050、1100、1150、1200、1250或1300℃。
2.一种氟掺杂镨、锶和钴固体氧化物燃料电池氧还原反应电催化剂，其特征在于根据权利要求1所述方法制备得到。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001307750A (ja) * 2000-04-25 2001-11-02 Tokyo Gas Co Ltd 固体電解質型燃料電池、およびその製造方法
CN104332639A (zh) * 2014-11-05 2015-02-04 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 一种共掺杂导电聚合物电极材料的制备方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007008778A (ja) * 2005-07-01 2007-01-18 Chubu Electric Power Co Inc セラミックス材料、酸素電極材料、酸素電極ならびに燃料電池およびその製造方法
DK2160785T3 (da) * 2007-05-31 2012-01-16 Elcogen As Fremgangsmåde til fremstilling af en enkelt celle til en fast oxid-brændselscelle
CN102097626A (zh) * 2009-12-09 2011-06-15 吉林师范大学 一种中温固体氧化物燃料电池阴极材料的制备方法
CN108649236A (zh) * 2018-04-12 2018-10-12 中国矿业大学 一种中低温固体氧化物燃料电池的空气极材料及制备方法
CN110729491B (zh) * 2019-10-29 2022-05-31 福州大学 一种细化含钴阴极粉体的方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001307750A (ja) * 2000-04-25 2001-11-02 Tokyo Gas Co Ltd 固体電解質型燃料電池、およびその製造方法
CN104332639A (zh) * 2014-11-05 2015-02-04 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 一种共掺杂导电聚合物电极材料的制备方法

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