一种相变工程调控铁基钙钛矿氧化物薄膜电催化活性的方法技术

本发明专利技术公开了一种相变工程调控铁基钙钛矿氧化物薄膜电催化活性的方法，涉及电催化材料技术领域。本发明专利技术利用脉冲激光沉积技术精确调控沉积过程中氧压大小得到具有不同相结构的SrFeO

【技术实现步骤摘要】
一种相变工程调控铁基钙钛矿氧化物薄膜电催化活性的方法
本专利技术涉及电催化材料
，尤其涉及一种相变工程调控铁基钙钛矿氧化物薄膜电催化活性的方法。
技术介绍
随着化石燃料的逐渐消耗和减少，开发可持续利用的新能源是现代社会面临的一个重大挑战，氢能作为一种清洁环保，极具前景的新型能源正在大量投入使用，电解水产氢被认为是目前最科学高效的方法。为提高反应动力学，电解水过程中必须加入高效活性催化剂。贵金属等合成类材料作为电催化剂虽然已经成熟(如IrO2，RuO2，Pt，Au等)，但因其成本过高，含量较少限制了其大规模的商业化应用。因此开发低成本、高效的新型电催化剂有着十分重要的意义。近年来很多过渡金属氧化物开始逐步取代贵金属成为新型电催化剂的研究热点，其中钙钛矿氧化物因其低成本、高活性、制备方法简单和较强的反应动力学在电催化领域展现出巨大潜力，最具代表性的新型催化剂当属Fe、Co、Ni型钙钛矿氧化物催化剂。目前对钙钛矿铁酸锶(SFO)电催化活性的调控主要集中在以粉末为基础的元素组成、形貌特征、颗粒大小、氧空位等方面。特别是氧空位在整个电催化反应的过程中扮演着重要角色，但基于微观结构下的氧通道对电催化活性的调控却鲜有报道。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是
技术介绍
中提到的一些缺陷，通过精细的微观氧通道调控电催化活性，以提供一种相变工程调控铁基钙钛矿氧化物薄膜电催化活性的方法。为了解决上述问题，本专利技术提出以下技术方案：本专利技术提供一种相变工程调控铁基钙钛矿氧化物薄膜电催化活性的方法，用脉冲激光在衬底层上轰击靶材，调整沉积过程中动态氧分压为1.0～30.0Pa，得到具有不同相结构的SrFeO3-x(0<x≤0.5)单晶薄膜，所述靶材为SrFeO2.97。所述的不同相结构是指SrFeO2.97(钙钛矿相，PV)到SrFeO2.5(钙铁石相，BM)的结构相变，从而实现对SrFeO3-x(0<x≤0.5)薄膜电催化活性的调控。其进一步地技术方案为，脉冲激光沉积系统的腔体内背底真空度小于2×10-5Pa，沉积温度为600～800℃。其进一步地技术方案为，激光光源为KrF准分子激光，激光波长为248nm，脉宽10ns，激光能量密度为1.0J/cm2～4.0J/cm2，频率为1Hz～10Hz。其进一步地技术方案为，沉积过程中动态氧分压为5.0Pa时，得到SrFeO2.5单晶薄膜。即沉积过程中的临界动态氧分压为5Pa时，SrFeO3-x(0<x≤0.5)单晶薄膜发生PV到BM的结构相变，得到SrFeO2.5单晶薄膜。其进一步地技术方案为，所述SrFeO2.5单晶薄膜为钙铁石相结构。其进一步地技术方案为，所述SrFeO3-x(0<x≤0.5)单晶薄膜的厚度为10～40nm。其进一步地技术方案为，所述衬底层包括单晶衬底以及La0.7Sr0.3MnO3导电网络。所述衬底层的具体方案为，在SrTiO3(001)单晶衬底上通过脉冲激光沉积技术沉积La0.7Sr0.3MnO3底电极作为导电网络。其进一步地技术方案为，所述La0.7Sr0.3MnO3导电网络的厚度为10-15nm。本专利技术提供所述的相变工程调控铁基钙钛矿氧化物薄膜电催化活性的方法在制备不同相结构的SrFeO3-x(0<x≤0.5)单晶薄膜的应用。本专利技术还提供一种不同相结构的SrFeO3-x(0<x≤0.5)单晶薄膜，用所述的相变工程调控铁基钙钛矿氧化物薄膜电催化活性的方法制得。本专利技术的原理为：利用脉冲激光沉积技术，通过精确调控沉积过程中氧分压的大小，在SrTiO3(001)单晶衬底上沉积得到具有不同相结构的SrFeO3-x(0<x≤0.5)单晶薄膜。利用微观结构下氧通道的精细调控，实现了SrFeO2.97(PV)到SrFeO2.5(BM)的结构转变。经实验证明，在氧析出活性方面，SrFeO2.5(BM)所具有的氧通道更有利于氧析出反应的发生；相比于SrFeO2.97(PV)，SrFeO2.5(BM)的氧析出活性具有显著提升。与现有技术相比，本专利技术所能达到的技术效果包括：(1)本专利技术利用脉冲激光沉积技术精确调控沉积过程中氧压大小得到具有不同相结构的SrFeO3-x(0<x≤0.5)单晶薄膜，从而调控SrFeO3-x(0<x≤0.5)单晶薄膜电极的电催化活性，以获得高电催化活性的单晶薄膜，本专利技术具有制备方法简单，成本低，易于控制，效率高，可操作性强，应用面较广等优势。(2)本专利技术所使用的脉冲激光沉积技术(PLD)实现SrFeO3-x(0<x≤0.5)薄膜结构相变工程对其电催化活性的调控，可以使用于几乎所有氧化物材料的性能调控和改性。附图说明图1为本专利技术实施例1-3所得SrFeO3-x(0<x≤0.5)单晶薄膜的XRD图。图2为本专利技术实施例1-3所得SrFeO3-x(0<x≤0.5)单晶薄膜制备成单晶薄膜电极的线性伏安曲线图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，以下将描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。为探究不同相结构的SrFeO3-x(0<x≤0.5)单晶薄膜的电催化活性，现应用本专利技术提供的相变工程调控铁基钙钛矿氧化物薄膜电催化活性的方法制备不同相结构的SrFeO3-x(0<x≤0.5)单晶薄膜，并将SrFeO3-x(0<x≤0.5)单晶薄膜制得单晶薄膜电极，以进行电催化活性试验，单晶薄膜电极的具体制备方法如下：(1)在SrTiO3(001)单晶衬底上通过脉冲激光沉积技术沉积10～15nm厚的La0.7Sr0.3MnO3底电极作为导电网络；(2)在步骤(1)所得的导电网络上通过脉冲激光沉积技术，调整沉积过程的动态氧分压，得到具有不同结构的SrFeO3-x(0<x≤0.5)薄膜，SrFeO3-x(0<x≤0.5)薄膜厚度为10～40nm；步骤(2)中所述脉冲激光沉积技术(PLD)的参数为：动态氧分压1.0～30.0Pa，衬底温度600～800℃，激光光源为KrF准分子激光，激光波长248nm，激光脉宽10ns，激光能量密度为1.0J/cm2～4.0J/cm2，激光频率为1Hz～10Hz。(3)将步骤(2)所得到的SrFeO3-x(0<x≤0.5)薄膜连接银导线，用环氧树脂包覆除SrFeO3-x(0<x≤0.5)薄膜以外的所有部分，得到所述单晶薄膜电极；(4)将步骤(3)所得单晶薄膜电极在1moL/L的KOH的电解液中进行1.2～1.8V的线性伏安法测试，得到不同相结构SrFeO3-x(0<x≤0.5)薄膜电极的氧析出性能，并对其进行研究试验。具体实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种相变工程调控铁基钙钛矿氧化物薄膜电催化活性的方法，其特征在于，用脉冲激光在衬底层上轰击靶材，调整沉积过程中动态氧分压为1.0～30.0Pa，得到具有不同相结构的SrFeO

【技术特征摘要】
1.一种相变工程调控铁基钙钛矿氧化物薄膜电催化活性的方法，其特征在于，用脉冲激光在衬底层上轰击靶材，调整沉积过程中动态氧分压为1.0～30.0Pa，得到具有不同相结构的SrFeO3-x(0<x≤0.5)单晶薄膜，所述靶材为SrFeO2.97。


2.如权利要求1所述的相变工程调控铁基钙钛矿氧化物薄膜电催化活性的方法，其特征在于，腔体内背底真空度小于2×10-5Pa，沉积温度为600～800℃。


3.如权利要求1所述的相变工程调控铁基钙钛矿氧化物薄膜电催化活性的方法，其特征在于，激光光源为KrF准分子激光，激光波长为248nm，激光脉宽10ns，激光能量密度为1.0J/cm2～4.0J/cm2，激光频率为1Hz～10Hz。


4.如权利要求1所述的相变工程调控铁基钙钛矿氧化物薄膜电催化活性的方法，其特征在于，沉积过程中动态氧分压为5.0Pa时，得到SrFeO2.5单晶薄膜。


5.如权利要求4所述的相变工程调控铁基钙钛矿氧化物薄膜电催化活性的方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄传威，张逸豪，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东;44