本发明专利技术提供一种镍掺杂KNbO3压电陶瓷、其制法及高纯制氢。该陶瓷材料包括KNbO3压电陶瓷基体以及均匀分布于KNbO3压电陶瓷基体中的Ni原子，所述Ni原子的质量分数为1wt％～10wt，所述KNbO3压电陶瓷基体的孔径为0.1nm～1.0nm。本发明专利技术提供的一种镍掺杂KNbO3压电陶瓷材料具有较高的催化活性，降低了贵金属的使用，从而大大降低了生产成本，且制备方法简单易行、绿色环保，不排放对环境有害物质，作为氢燃料电池提供高纯氢，不含有一氧化碳、硫化氢、磷化氢、氯离子等使燃料电池中毒的气体。氯离子等使燃料电池中毒的气体。
【技术实现步骤摘要】
镍掺杂KNbO3压电陶瓷、其制法及高纯制氢
[0001]本专利技术涉及一种镍掺杂KNbO3压电陶瓷，特别涉及一种镍掺杂KNbO3压电陶瓷、以及该陶瓷的制备方法并于高纯制氢中的应用，属于新能源材料领域。
技术介绍
[0002]氢能源与其他燃料相比氢燃烧时最清洁，除生成水和少量氮化氢外不会产生诸如一氧化碳、二氧化碳、碳氢化合物、铅化物和粉尘颗粒等对环境有害的污染物质，少量的氮化氢经过适当处理也不会污染环境，且燃烧生成的水还可继续制氢，反复循环使用。产物水无腐蚀性，对设备无损。但是，氢燃料电池的电极材料容易被混合在氢气中的一氧化碳、硫化氢、磷化氢、氯离子等杂质中毒，从而影响氢燃料电池的使用寿命。因此，制备高纯氢对发展氢燃料电池和新能源汽车产业，具有重要的应用价值。另外，尽管贵金属作为催化剂可以制氢，但是贵金属价格高，资源有限，从而限制了贵金属的广泛应用。因此，如何使用质量较少的贵金属同时具有较高的催化活性的材料制备高纯氢是一个亟待解决的问题。
技术实现思路
[0003]现有的氢源大多来源于化工制氢，其中含有容易使燃料电池电极材料中毒的一氧化碳、硫化氢、磷化氢、氯离子等气态物质。本专利技术的目的在于提供一种镍掺杂KNbO3压电陶瓷、其制备方法以及于车载自供能高效制氢中的应用，以克服现有制氢技术中的不足，还克服了现有技术中的贵金属利用率低、催化活性低导致的成本较高的不足。
[0004]为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：
[0005]一种镍掺杂KNbO3压电陶瓷，包括KNbO3压电陶瓷基体以及均匀分布于KNbO3压电陶瓷基体中的Ni原子；
[0006]其中，所述Ni原子的质量分数为1wt％～10wt％；
[0007]所述KNbO3压电陶瓷基体的孔径为0.1nm～1.0nm。
[0008]可选地，所述Ni原子的质量分数上限选自2wt％、3wt％、4wt％、5wt％、6wt％、7wt％、8wt％、9wt％、10wt％；所述Ni原子的质量分数下限选自1wt％、2wt％、wt％、4wt％、5wt％、6wt％、7wt％、8wt％、9wt％。
[0009]可选地，所述KNbO3压电陶瓷基体的孔径上限选自0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm、1.0mm；所述KNbO3压电陶瓷基体的孔径下限选自0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm。
[0010]可选地，所述Ni原子取代KNbO3晶体中的K原子。
[0011]一种镍掺杂KNbO3压电陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
[0012](1)制备镍掺杂KNbO3颗粒：将镍盐、钾盐、铌盐与碱反应生成镍掺杂KNbO3颗粒；
[0013](2)造粒：向步骤(1)制得的镍掺杂KNbO3颗粒中分别加入0.5wt％
‑
5wt％的淀粉和一定量的聚乙烯醇溶液球磨造粒；
[0014](3)制备陶坯：将步骤(2)制得的镍掺杂KNbO3加入到一定尺寸的磨具中，用压膜机
在10
‑
30MPa压力下压制成陶坯；
[0015](4)造孔与脱胶：将陶坯加热至350
‑
450℃，恒温1
‑
2h；继续升温进行脱胶处理；
[0016](5)成型：脱胶后在温度为850℃～950℃条件下处理0.5h
‑
2h，冷却后制得镍掺杂KNbO3多孔陶瓷；
[0017](6)极化处理：将镍掺杂KNbO3多孔陶瓷片在3～5KV/mm电压下极化20
‑
60min，放置24h后制得镍掺杂KNbO3压电多孔陶瓷。
[0018]可选地，所述镍盐选自硝酸镍、氯化镍中的至少一种。
[0019]可选地，所述钾盐选自氯化钾、硝酸钾和硫酸钾中的至少一种。
[0020]可选地，所述铌盐选自氯化铌、硝酸铌中的至少一种。
[0021]可选地，所述碱选自氢氧化钠、氢氧化钾和氨水中的至少一种。
[0022]可选地，所述镍掺杂KNbO3颗粒由硝酸镍、氯化钾、氯化铌与氢氧化钠反应生成。
[0023]可选地，所述氢氧化钠的浓度为0.1mol/L
‑
1.0mol/L。
[0024]可选地，所述镍掺杂KNbO3颗粒由氯化镍、硫酸钾、硝酸铌与氨水反应生成。
[0025]可选地，所述氨水的浓度为0.1mol/L
‑
1.0mol/L。
[0026]可选地，所述淀粉的质量分数为0.5
‑
5wt％。
[0027]可选地，所述淀粉的质量分数为0.5wt％。
[0028]可选地，所述淀粉的质量分数为1.0wt％。
[0029]可选地，所述淀粉的质量分数为2.0wt％。
[0030]可选地，所述淀粉的质量分数为3.0wt％。
[0031]可选地，所述淀粉的质量分数为4.0wt％。
[0032]可选地，所述淀粉的质量分数为5.0wt％。
[0033]可选地，所述聚乙烯醇(PVA)溶液的质量浓度为5.0～8.0wt％。
[0034]可选地，所述聚乙烯醇(PVA)溶液的质量浓度为6.0wt％。
[0035]可选地，所述聚乙烯醇(PVA)溶液的质量浓度为7.0wt％。
[0036]可选地，所述造孔处理的温度为350℃、380℃、400℃、450℃。
[0037]可选地，所述脱胶处理的温度为450℃、500℃、550℃、600℃。
[0038]可选地，所述超声处理时间为30～80min，所述超声处理频率为20
‑
60KHz。
[0039]可选地，所述超声处理时间上限为40min、50min、60min、70min、80min；所述超声处理时间下限为30min、40min、50min、60min、70min。
[0040]所述的镍掺杂KNbO3压电多孔陶瓷于自供能高效制氢中的应用。
[0041]可选地，所述超声波的频率为10
‑
60KHz。
[0042]可选地，所述超声波的频率上限为20KHz、30KHz、40KHz、50KHz、60KHz；所述超声波的频率下限为10KHz、20KHz、30KHz、40KHz、50KHz。
[0043]可选地，所述镍掺杂KNbO3压电陶瓷于车载自供能制氢中的应用。
[0044]可选地，在温度为1
‑
95℃的条件下，对镍掺杂KNbO3压电陶瓷材料和氨硼烷水溶液形成的制氢反应体系施加机械振动或超声波振动实现氢气的制备。
[0045]可选地，一种自供能压电催化制氢方法，其包括以下步骤：
[0046](1)将氨硼烷水溶液置于催化制氢反应器中，再向该氨硼烷水溶液中加入镍掺杂KNbO3压电陶瓷材料，形成制氢反应体系，之后密封所述反本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种镍掺杂KNbO3压电陶瓷，其特征在于，包括KNbO3压电陶瓷基体以及均匀分布于KNbO3压电陶瓷基体中的Ni原子；其中，所述Ni原子的质量分数为1wt％～10wt％；所述KNbO3压电陶瓷基体的孔径为0.1nm～1.0nm。2.根据权利要求1所述的一种镍掺杂KNbO3压电陶瓷，其特征在于，所述Ni原子取代KNbO3晶体中的K原子。3.一种制备权利要求1
‑
2中任一项所述的一种镍掺杂KNbO3压电陶瓷的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)制备镍掺杂KNbO3颗粒：将镍盐、钾盐、铌盐与碱反应生成镍掺杂KNbO3颗粒；(2)造粒：向步骤(1)制得的镍掺杂KNbO3颗粒中分别加入0.5wt％
‑
5wt％的淀粉和一定量的聚乙烯醇溶液球磨造粒；(3)制备陶坯：将步骤(2)制得的镍掺杂KNbO3加入到一定尺寸的磨具中，用压膜机在10
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30MPa压力下压制成陶坯；(4)造孔与脱胶：将陶坯加热至350
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450℃，恒温1
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2h；继续升温进行脱胶处理；(5)成型：脱胶后在温度为850℃～950℃条件下处理0.5h
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2h，冷却后制得镍掺杂KNbO3多孔陶瓷；(6)极化处理：将镍掺杂KNbO3多孔陶瓷片在3～5KV/mm电压下极化20<...
【专利技术属性】
技术研发人员：金向华，王新喜，陈琦峰，
申请(专利权)人：苏州金宏气体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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