一种NOx催化材料及其制备方法以及一种NOx催化电极浆料技术

本发明专利技术提供了一种NOx催化材料及其制备方法以及一种NOx催化电极浆料。该NOx催化材料由贵金属Pt、电解质材料ZrO2以及稀土钙钛矿复合氧化物组成。本发明专利技术先采用凝胶法制备钙钛矿复合氧化物、采用微乳液和有机螯合凝胶法制备纳米铂催化电极材料，主催化和辅助催化材料交织，分布均匀，所得浆料烧制的催化电极孔隙率高、比表面积大，具有良好的NOx催化活性及电化学响应性能。本发明专利技术还提供了含有所述NOx催化材料的浆料。该浆料所制备的电极，因为含有氧离子导体稳定氧化锆的存在，可以有效的消除O2的抑制作用。所得催化电极性能稳定、耐高温，可在高温下长时间工作。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供了一种NOx催化材料及其制备方法以及一种NOx催化电极浆料。该NOx催化材料由贵金属Pt、电解质材料ZrO2以及稀土钙钛矿复合氧化物组成。本专利技术先采用凝胶法制备钙钛矿复合氧化物、采用微乳液和有机螯合凝胶法制备纳米铂催化电极材料，主催化和辅助催化材料交织，分布均匀，所得浆料烧制的催化电极孔隙率高、比表面积大，具有良好的NOx催化活性及电化学响应性能。本专利技术还提供了含有所述NOx催化材料的浆料。该浆料所制备的电极，因为含有氧离子导体稳定氧化锆的存在，可以有效的消除O2的抑制作用。所得催化电极性能稳定、耐高温，可在高温下长时间工作。【专利说明】一种NOx催化材料及其制备方法以及一种NOx催化电极浆料
本专利技术属于高温NOx催化电极材料领域，具体提供了一种NOx催化材料及其制备方法以及一种NOx催化电极浆料。
技术介绍
氮氧化物(NOx)是严重危害人类健康的大气污染物，也是导致酸雨和诱发光化学烟雾的主要原因之一。随着工业生产的发展和机动车数量的增加，人类向大气中排放的氮氧化物越来越多，造成了生态和生活环境的严重恶化。因此氮氧化物减排被列为环境保护的要求之一。减少汽车尾气中NOx排放的关键技术就是通过对NOx气体进行精确的测量进而控制燃烧过程并采取有效的脱硝装置，降低NOx排放。随着我国对于汽车尾气排放物中污染物含量的要求越来越严格，排放尾气中NOx的检测技术已经变成了一项非常重要的研究课题。目前，汽车尾气中NOx浓度的测试技术主要是基于电化学原理的NOx测试技术，如采用直流技术的电动势型NOx传感器和电流型NOx传感器。不管是哪种类型的NOx传感器，其催化电极的制备至关重要。催化电极的作用在于高温下将NOx直接催化分解为N2和02，必须具有良好的电催化性能和较长的寿命。目前已知的富氧条件下催化分解NOx的催化电极对NOx的分解率偏低，极大的影响着NOx传感器的响应性能。前期研究者发现钙钛矿复合氧化物对NOx的催化分解具有良好的辅助催化活性，但是单一使用也会使NOx传感器的响应性能达不到理想效果。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供了一种NOx催化材料及其制备方法以及一种NOx催化电极浆料。由该浆料烧制的催化电极具有高稳定性、多孔性以及良好的电催化性能，特别适用于车用氮氧化物传感器中的催化电极，该电极在高温条件下催化分解NOx成为氧气和氮气的反应敏感，同时也适用于车用氧传感器中的氧电极催化分解氧气。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是: 技术方案之一:一种NOx催化材料，由贵金属Pt、电解质材料ZrO2以及稀土钙钛矿复合氧化物组成，其中贵金属Pt的质量分数为80%~90%、ZrO2的质量分数为5%~10%、钙钛矿复合氧化物的质量分数为5%~15%，且各组分之和不超过100% ;所述稀土钙钛矿复合氧化物的化学通式为:AXA’2~xByB’2~y0z,所述A、Α’选自La、Ce、K、Sr兀素中的同一种或不同的任意两种，所述B、B’选自Co、Mn、Cu、Fe、N1、Cr、Zn、Ti元素中的同一种或不同的任意两种,其中x=0 ~2，y=0 ~2，z=3~40 其中贵金属Pt的作用是作为分解NOx的主催化剂以及电子导体，钙钛矿复合氧化物的作用是作为分解NOx的助催化剂，而稳定ZrO2是含有Y203、MgO、CeO2, CaO等稳定剂的氧化锆纳米材料，其作用是作为离子导体形成02_传输通道，消除氧的影响，促进催化分解，并增强催化电极材料与传感器固体电解质陶瓷层的粘附力，降低电极和固体电解质的界面电阻。技术方案之二:所述NOx催化材料的制备方法，具体步骤为: (O按照权利要求1所述钙钛矿复合氧化物中金属元素的化学计量比，将所需金属元素的硝酸盐共溶于水，得水溶液；往所述水溶液中加入柠檬酸，75°C~85°C下搅拌成溶胶，IOO0C ~125°c下烘干溶胶得到凝胶，250°C ~35(TC下焙烧l~4h，之后研磨成粉，得钙钛矿复合氧化物； 将含醇溶剂、去离子水、表面活性剂、氯钼酸的混合物不断搅拌，直至形成含钼微乳液，其中所述氯钼酸在混合物中的浓度为l(T20g/dm_3，所述醇溶剂、表面活性剂与去离子水的质量比例为1: (Tl.2):(1.2~1.5)； (2)往所述含钼微乳液中依次加入所述钙钛矿复合氧化物和ZrO2纳米粉体，充分搅拌，在搅拌的同时加入0.8^1.2mol/dnT3的十六烷基三甲基溴化铵水溶液直至形成胶状混合物，然后继续搅拌2~4h，离心分离除掉胶状混合物中的液体，将所得固态混合物在5000C~70(TC下焙烧ltT4h，最后碾磨成粉，得NOx催化材料。在步骤(1)中，所述表面活性剂优选由吐温类表面活性剂中的一种或几种组成。所述醇溶剂优选为己醇。技术方案之三:一种NOjt化电极浆料，由上述NOx催化材料和有机添加剂组成，其中NOx催化材料与有机添加剂的质量比为(f 1.2):1，所述有机添加剂由10%~15%粘结剂、25%~35%分散剂、10%~15%流平剂以及30%~40%有机溶剂组成，且各组分质量百分含量之和不超过100%。优选方案:所述粘结剂选自PVB(聚乙烯醇缩丁醛)和乙基纤维素中的一种或两种，所述分散剂选自松油醇或聚乙烯醇类中的一种或几种，所述流平剂为0Ρ10，所述有机溶剂为有机醇类或者有机醚类物质中的一种或几种。下面对本专利技术做进一步解释和说明，本专利技术的具体操作步骤主要由四大步骤组成: I)凝胶法制备钙钛矿复合氧化物: 按照化学计量比，将一定量的各种金属元素的硝酸盐中的一种或几种混合均匀，加入与金属离子摩尔比为(1.5~2):1的柠檬酸络合剂，在80度下水浴搅拌至溶胶状态，然后置于烘箱内120度下进行干燥。将烘干后的凝胶于300度焙烧2h，研磨，得到钙钛矿复合氧化物粉体。该钙钛矿复合氧化物粉体具有表面纳米粒子的氧化还原协同作用及晶格缺陷，致使它们对NOx的还原反应具有催化活性，尤其掺杂稀土后，该复合氧化物具有高抗毒性能和热稳定性。2)微乳法制备含钼微乳液: 将包含己醇、去离子水、表面活性剂、氯钼酸的混合物不断搅拌，直至形成稳定的微乳液体系。其中己醇、表面活性剂与去离子水的比例为1:1:(1.2~1.5)，氯钼酸浓度为l(T20g/dm_3。表面活性剂由吐温类表面活性剂中的一种或几种组成。该高度分散的微乳液有利于后期限制钼催化材料的团聚，使得3中形成的钼催化粉体粒径均匀、细小，利于催化。3)凝胶法制备复合催化材料 往2)中的含钼微乳液体系中依次加入I)所得钙钛矿复合氧化物、稳定ZrO2纳米粉体，充分搅拌，滴加浓度为lmol/dnT3的十六烧基三甲基溴化铵溶液,直至形成胶状混合物为止，继续持续搅拌2?4h。形成的含钼胶状混合物中含有分散的钙钛矿复合氧化物和稳定ZrO2纳米粒子,三者交织在一起。将所得胶状混合物进行离心分离，将得到的固体在600度下焙烧2h，球磨得到复合催化剂粉末。4)将3)所得的复合催化剂粉末加入一定比例的有机浆料，球磨均匀，制得氧化锆基NOx催化电极浆料。其中复合催化剂粉末与有机浆料的质量比为(f 1.2):1，有机浆料含10?15%粘结剂、25?35%分散剂、10?15%流平剂以及30?40%有机本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种NOx催化材料，其特征是，由贵金属Pt、电解质材料ZrO2以及稀土钙钛矿复合氧化物组成，其中贵金属Pt的质量分数为80%~90%、ZrO2的质量分数为5%~10%、钙钛矿复合氧化物的质量分数为5%~15%，且各组分之和不超过100%；所述稀土钙钛矿复合氧化物的化学通式为：AxA'2~xByB'2~yOz，所述A、A'选自La、Ce、K、Sr元素中的同一种或不同的任意两种，所述B、B'选自Co、Mn、Cu、Fe、Ni、Cr、Zn、Ti元素中的同一种或不同的任意两种，其中x=0~2，y=0~2，z=3~4。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李素芳，康萌，刘婷婷，王聪聪，汲存璐，谭理刚，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43