一种B位过剩的Ruddlesden-Popper纳米催化材料制造技术

本发明专利技术属于催化材料技术领域，公开了一种B位过剩的Ruddlesden‑Popper纳米催化材料。所述催化材料的化学表达式为A2B1+xO4，其中x＝0～0.05，A位为镧系金属，B位为金属镍。将镧系金属化合物、镍源化合物按2:(1+x)的比例溶于蒸馏水或硝酸中，加入络合剂，调节pH值至6～9，120～200℃下加热搅拌蒸干，然后依次于300～450℃煅烧、900～1200℃烧结成相，得到前驱粉体；将前驱粉体在醇类溶剂下球磨处理，然后加入分散剂，离心，固体沉淀物于500～800℃煅烧去除有机残留物，得到产物。

A B site excess Ruddlesden-Popper nanomaterials

The invention belongs to the technical field of catalytic materials, and discloses a Rudlesden_Popper nano-catalytic material with excess B sites. The chemical expression of the catalytic material is A2B1+xO4, in which x=0-0.05, A site is lanthanide metal and B site is nickel metal. Lanthanide metal compounds and nickel source compounds were dissolved in distilled water or nitric acid in the ratio of 2:(1+x). The precursor powders were prepared by adding complexing agent, heating and stirring at pH 6-9, 120-200 (?) C, then calcining at 300-450 (?) C and sintering at 900-1200 (?) C) respectively. Then the dispersant was added, centrifuged, and the solid precipitate was calcined at 500 ~ 800 C to remove the organic residue.

【技术实现步骤摘要】
一种B位过剩的Ruddlesden-Popper纳米催化材料
本专利技术属于催化材料
，具体涉及一种B位过剩的Ruddlesden-Popper纳米催化材料。
技术介绍
催化剂对于处理最紧迫的社会和环境的挑战至关重要，无论是从化石燃料有害性气体及温室气体的减排，到可持续的清洁能源和化学品的生产，都离不开催化剂。催化剂将化石燃料燃烧排放的有害性气体转化为良性分子H2O和N2。而CO2的减排则需要开发先进的储能设备和捕捉CO2的技术，进而逐步以太阳能等可持续能源应用取代化石燃料。其中，当今太阳能设备的白昼和夜晚所存在的能源供应间歇问题，通过材料的电化学储能可以得到有效的解决。尽管锂离子电池已经在运输工具和一些固定的设备中得到广泛应用，但更高活性单位质量和单位体积的材料依然具有广泛的工业运用前景。不幸的是，由于主反应的动力学反应缓慢，这些已被应用的设备的效率普遍较低。提高生产清洁气体和可持续能源的效率需要具有地球丰富的元素构成和较比现今更好活性和稳定性的催化剂。一方面贵金属催化剂在处理空气污染物和燃料电池氧还原方面得到很好的开发应用；另一方面具有高活性、选择性和稳定性的无机非贵金属材料也很好的迎合了全球环境和能源需求。Ruddlesden-Popper材料具有组成结构可调节的特点，但通过材料的选取以及制备方法制备出性能更加优异的催化剂，仍是本领域技术人员需要解决的技术问题。
技术实现思路
针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本专利技术的首要目的在于提供一种B位过剩的Ruddlesden-Popper纳米催化材料。本专利技术的另一目的在于提供上述B位过剩的Ruddlesden-Popper纳米催化材料的制备方法。本专利技术目的通过以下技术方案实现：一种B位过剩的Ruddlesden-Popper纳米催化材料，其化学表达式为A2B1+xO4，其中x＝0～0.05，A位为镧系金属，B位为金属镍。优选地，所述A位为镧、铈、镨或钕。上述B位过剩的Ruddlesden-Popper纳米催化材料的制备方法，包括如下制备步骤：(1)将镧系金属化合物、镍源化合物按金属离子摩尔比A:Ni＝2:(1+x)的比例溶于蒸馏水或硝酸中，加入络合剂混合搅拌，调节pH值至6～9，120～200℃下加热搅拌蒸干，然后于300～450℃煅烧，再于900～1200℃烧结成相，得到前驱粉体；(2)将所得前驱粉体在醇类溶剂条件下球磨处理、过筛分离，得到混合液；(3)往所得混合液中加入分散剂，离心处理，固体沉淀物于500～800℃煅烧去除有机残留物，得到所述B位过剩的Ruddlesden-Popper纳米催化材料。优选地，所述镧系金属化合物为镧源、铈源、镨源或钕源；所述镧源选自硝酸镧、乙酸镧、草酸镧或氧化镧；所述铈源选自硝酸铈、乙酸铈、草酸铈或二氧化铈；所述镨源选自硝酸镨、乙酸镨或氧化镨；所述钕源选自硝酸钕、乙酸钕或氧化钕。优选地，所述镍源化合物选自硝酸镍或乙酸镍。优选地，所述络合剂选自乙二胺四乙酸、柠檬酸和甘氨酸中的至少一种；所述络合剂与金属离子的总摩尔数之比为(2～4):1。优选地，所述的醇类溶剂选自乙醇或异丙醇。优选地，所述的球磨处理所使用的球磨珠的材质为氧化锆珠、硅酸锆珠、锆铝复合珠或陶瓷微珠，球磨珠的直径为0.2～10mm。优选地，所述分散剂选自聚乙烯醇、聚乙二醇、柠檬酸铵、甲基戊醇、聚丙烯酰胺、纤维素衍生物中的至少一种；分散剂的加入量与混合液的体积比为1:(3～5)。优选地，所述离心处理的转速为1000～6000r/min。本专利技术的制备方法及所得到的产物具有如下优点及有益效果：(1)本专利技术选取的镧系和镍源化合物都为非贵金属化合物，大大节约了催化剂制备的成本；(2)本专利技术采用球磨和离心的方法，所制备的催化剂材料具有均一的粒径分布，优化的微观尺寸产生出更加优异的催化性能；(3)本专利技术选取B位过剩的Ruddlesden-Popper催化材料，相较无过剩的结构，在催化活性上也有明显提高。附图说明图1为实施例1～3所得催化材料P2NO、P2N1.025O、P2N1.05O的XRD图。图2为实施例4～6所得催化材料N2NO、N2N1.025O、N2N1.05O的XRD图。图3为实施例1所得催化材料P2NO的SEM图。图4为实施例1所得催化材料P2NO的Malvern图。图5为实施例1所得催化材料P2NO与比较例所得催化材料BJ-P2NO的氧还原(ORR)性能测试结果图。图6为实施例1～3所得催化材料P2NO、P2N1.025O、P2N1.05O的氧还原(ORR)性能测试结果图。图7为实施例4～6所得催化材料N2NO、N2N1.025O、N2N1.05O的氧还原(ORR)性能测试结果图。具体实施方式下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。比较例将0.2mol硝酸镨、0.1mol硝酸镍溶于蒸馏水中，加入0.6mol的柠檬酸与0.3mol的乙二胺四乙酸混合搅拌，滴加氨水调节pH为8，150℃下加热搅拌蒸干成凝胶，转置电炉300℃下燃烧释放有机元素C、N、H，再在马弗炉中1200℃烧12小时成相，用研钵磨细得到粉体BJ-P2NO。实施例1(1)将0.2mol硝酸镨、0.1mol硝酸镍溶于蒸馏水中，加入0.6mol的柠檬酸与0.3mol的乙二胺四乙酸混合搅拌，滴加氨水调节pH为8，150℃下加热搅拌蒸干成凝胶，转置电炉300℃下燃烧释放有机元素C、N、H，再在马弗炉中1200℃烧12小时成相，得到前驱粉体。(2)将10g步骤(1)所得前驱粉体配以0.3mm球磨珠100g，其中3.0mm球磨珠20个，10mm球磨珠5个，在球磨机上球磨24小时，溶剂使用乙醇。随后过筛，收集混合液。(3)取30ml步骤(2)的混合液于离心管中，加入10ml聚乙二醇，2000r/min条件下离心处理，湿的粉体在600℃炉中煅烧5小时，烧去有机残留物，得到粉体P2NO。本实施例所得催化材料P2NO的XRD图、SEM图和Malvern图分别如图1、图3和图4所示。实施例2(1)将0.2mol硝酸镨、0.1025mol硝酸镍溶于蒸馏水中，加入0.605mol的柠檬酸与0.3025mol的乙二胺四乙酸混合搅拌，滴加氨水调节pH为8，150℃下加热搅拌蒸干成凝胶，转置电炉300℃下燃烧释放有机元素C、N、H，再在马弗炉中1200℃烧12小时成相，得到前驱粉体。(2)将10g步骤(1)所得前驱粉体配以0.3mm球磨珠100g，其中3.0mm球磨珠20个，10mm球磨珠5个，在球磨机上球磨24小时，溶剂使用乙醇。随后过筛，收集混合液。(3)取30ml步骤(2)的混合液于离心管中，加入10ml聚乙二醇，2000r/min条件下离心处理，湿的粉体在600℃炉中煅烧5小时，烧去有机残留物，得到粉体P2N1.025O。本实施例所得催化材料P2N1.025O的XRD图如图1所示。实施例3(1)将0.2mol硝酸镨、0.105mol硝酸镍溶于蒸馏水中，加入0.61mol的柠檬酸与0.305mol的乙二胺四乙酸混合搅拌，滴加氨水调节pH为8，150℃下加热搅拌蒸干成凝胶，转置电炉300℃下燃烧释放有机元素C、N、H，再在马弗炉中1200℃烧12小时成相，得到前驱粉体。(2)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种B位过剩的Ruddlesden‑Popper纳米催化材料，其特征在于：所述催化材料的化学表达式为A2B1+xO4，其中x＝0～0.05，A位为镧系金属，B位为金属镍。

【技术特征摘要】
1.一种B位过剩的Ruddlesden-Popper纳米催化材料，其特征在于：所述催化材料的化学表达式为A2B1+xO4，其中x＝0～0.05，A位为镧系金属，B位为金属镍。2.根据权利要求1所述的一种B位过剩的Ruddlesden-Popper纳米催化材料，其特征在于：所述A位为镧、铈、镨或钕。3.权利要求1或2所述的一种B位过剩的Ruddlesden-Popper纳米催化材料的制备方法，其特征在于包括如下制备步骤：(1)将镧系金属化合物、镍源化合物按金属离子摩尔比A:Ni＝2:(1+x)的比例溶于蒸馏水或硝酸中，加入络合剂混合搅拌，调节pH值至6～9，120～200℃下加热搅拌蒸干，然后于300～450℃煅烧，再于900～1200℃烧结成相，得到前驱粉体；(2)将所得前驱粉体在醇类溶剂条件下球磨处理、过筛分离，得到混合液；(3)往所得混合液中加入分散剂，离心处理，固体沉淀物于500～800℃煅烧去除有机残留物，得到所述B位过剩的Ruddlesden-Popper纳米催化材料。4.根据权利要求3所述的一种B位过剩的Ruddlesden-Popper纳米催化材料的制备方法，其特征在于：所述镧系金属化合物为镧源、铈源、镨源或钕源；所述镧源选自硝酸镧、乙酸镧、草酸镧或氧化镧；所述铈源选自硝酸铈、乙酸铈、草酸铈或二氧化铈；所述镨源选自硝酸镨、乙酸镨或氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：王海辉，唐思远，薛健，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44