掺杂型纳米氧化物材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种掺杂型纳米氧化物材料及其制备方法和应用。该制备方法中主要通过选择掺杂金属源和基础金属源，将掺杂金属源与基础金属源溶解得到第一溶液；通过选择有机配体，将有机配体溶解得到第二溶液，然后将第一溶液和第二溶液混合以进行自组装反应，通过自组装反应能够在混合体系中得到固体前体，然后对固体前体进行热处理，即可得到颗粒尺寸均匀性好的掺杂型纳米氧化物材料。该制备方法在得到掺杂型纳米氧化物材料时，不需要对材料进行二次造粒处理即可以得到颗粒尺寸均匀性好的材料，有效简化了掺杂型纳米氧化物材料的制备工艺，为掺杂型纳米氧化物材料的制备提供了一种简易且适于推广的方法。易且适于推广的方法。易且适于推广的方法。

【技术实现步骤摘要】
掺杂型纳米氧化物材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及掺杂材料
，尤其是涉及一种掺杂型纳米氧化物材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着技术的进步，固体氧化物燃料电池(SOFC)和固体氧化物电解池(SOEC)作为清洁能源的高效利用与转化技术得到了广泛的应用，其具有燃料灵活性好、能量转换效率高等优点，成为了有效解决能源危机与环境污染问题的一种重要技术手段。
[0003]作为SOFC和SOEC中的一种重要组成材料，诸如掺杂氧化铈等掺杂型材料的性能对SOFC和SOEC的性能具有重要影响。在掺杂型材料的制备过程中，传统的制备方法主要有溶胶凝胶法、固相法以及燃烧法等，这些方法虽然能够制备得到相应的掺杂型材料，但是由这些方法得到的掺杂型材料往往存在颗粒尺寸分布不均匀的问题，需要进行粉碎、研磨等二次造粒处理来优化材料的颗粒尺寸，进而延长了掺杂型材料制备的工艺路线。

技术实现思路

[0004]基于此，有必要提供一种掺杂型纳米氧化物材料的制备方法，所述制备方法无需进行二次造粒即可以得到颗粒尺寸均匀性好的掺杂型纳米氧化物材料，进而可以简化掺杂型材料制备的工艺路线。另外，还有必要提供一种由所述制备方法得到的掺杂型纳米氧化物材料及其应用。
[0005]为了解决以上技术问题，本专利技术的技术方案为：
[0006]一种掺杂型纳米氧化物材料的制备方法，包括如下步骤：
[0007]将掺杂金属源与基础金属源溶解于第一溶剂，得到第一溶液；
[0008]将有机配体溶解于第二溶剂，得到第二溶液；
[0009]将所述第一溶液和所述第二溶液混合进行自组装反应，得到固体前体；
[0010]对所述固体前体进行热处理；
[0011]所述掺杂金属源包括钆源、钐源、镧源、锰源、铁源、钴源、镍源以及铜源中的至少一种；
[0012]所述基础金属源包括铈源和锆源中的至少一种；
[0013]所述有机配体包括均苯三甲酸、对苯二甲酸、4,4'
‑
联苯二甲酸以及[1,1':4',1
”‑
三联苯]‑
4,4
”‑
二羧酸中的至少一种。
[0014]在其中一个实施例中，所述掺杂金属源和所述基础金属源的摩尔比为x:(1
‑
x)，其中0＜x≤0.5；和/或，
[0015]所述掺杂金属源和所述基础金属源的总摩尔量与所述有机配体的摩尔量之比为1:0.1～1:10。
[0016]在其中一个实施例中，所述自组装反应的反应温度为60℃～180℃；和/或，
[0017]所述自组装反应的反应时间为0.5h～48h；和/或，
[0018]所述热处理的温度为300℃～800℃；和/或，
[0019]所述热处理的时间为0.5h～24h。
[0020]在其中一个实施例中，所述第一溶剂包括N,N
‑
二甲基甲酰胺、甲醇、乙醇以及水中的至少一种；和/或，
[0021]所述第二溶剂包括N,N
‑
二甲基甲酰胺、甲醇以及乙醇中的至少一种；和/或，
[0022]所述钆源包括硝酸钆及其水合物、氯化钆及其水合物、硫酸钆及其水合物、乙酸钆及其水合物、草酸钆及其水合物、辛酸钆及其水合物、异丙醇钆及其水合物、乙酰丙酮钆及其水合物、钆喷酸葡胺及其水合物中的至少一种；和/或，
[0023]所述钐源包括硝酸钐及其水合物、氯化钐及其水合物、硫酸钐及其水合物、乙酸钐及其水合物、乙二酸钐及其水合物、异丙醇钐及其水合物、乙酰丙酮钐及其水合物中的至少一种；和/或，
[0024]所述镧源包括硝酸镧及其水合物、氯化镧及其水合物、硫酸镧及其水合物、乙酸镧及其水合物、草酸镧及其水合物、异丙醇镧及其水合物、乙酰丙酮镧及其水合物中的至少一种；和/或，
[0025]所述锰源包括硝酸锰及其水合物、硫酸锰及其水合物、氯化锰及其水合物、乙酸锰及其水合物、草酸锰及其水合物、乙酰丙酮锰及其水合物中的至少一种；和/或，
[0026]所述铁源包括硝酸铁及其水合物、硫酸铁及其水合物、氯化铁及其水合物、草酸铁及其水合物、乙酰丙酮铁及其水合物、硫酸亚铁及其水合物、氯化亚铁及其水合物、乙酸亚铁及其水合物、草酸亚铁及其水合物中的至少一种；和/或，
[0027]所述钴源包括硝酸钴及其水合物、硫酸钴及其水合物、氯化钴及其水合物、乙酸钴及其水合物、草酸钴及其水合物、乙酰丙酮钴及其水合物中的至少一种；和/或，
[0028]所述镍源包括硝酸镍及其水合物、硫酸镍及其水合物、氯化镍及其水合物、乙酸镍及其水合物、甲酸镍及其水合物、草酸镍及其水合物、乙酰丙酮镍及其水合物中的至少一种；和/或，
[0029]所述铜源包括硝酸铜及其水合物、硫酸铜及其水合物、氯化铜及其水合物、乙酸铜及其水合物、甲酸铜及其水合物、草酸铜及其水合物、乙酰丙酮铜及其水合物中的至少一种；和/或，
[0030]所述铈源包括硝酸铈及其水合物、氯化铈及其水合物、硫酸铈及其水合物、乙酸铈及其水合物、草酸铈及其水合物、辛酸铈及其水合物、硝酸铈铵及其水合物、硫酸铈铵及其水合物、异丙醇铈及其水合物、乙酰丙酮铈及其水合物、2
‑
乙基己酸铈及其水合物中的至少一种；和/或，
[0031]所述锆源包括氯化锆及其水合物、硝酸氧锆及其水合物、乙酸锆及其水合物、硫酸锆及其水合物、乙酰丙酮锆及其水合物、氢氧化氧锆及其水合物、氯化氧锆及其水合物中的至少一种。
[0032]在其中一个实施例中，将所述第一溶液和所述第二溶液混合进行自组装反应之前，加入调节剂，所述调节剂包括甲酸、乙酸、苯甲酸以及氨水中的至少一种。
[0033]在其中一个实施例中，所述调节剂的摩尔量为所述掺杂金属源和所述基础金属源的总摩尔量的100倍以内。
[0034]一种掺杂型纳米氧化物材料，由上述任一实施例中所述的制备方法制备得到。
[0035]上述任一实施例中所述的制备方法得到的掺杂型纳米氧化物材料在固体氧化物燃料电池或固体氧化物电解池中作为电解质和/或电极材料的应用。
[0036]一种固体氧化物燃料电池，其电解质和/或电极材料包括上述任一实施例中所述的制备方法得到的掺杂型纳米氧化物材料。
[0037]一种固体氧化物电解池，其电解质和/或电极材料包括上述任一实施例中所述的制备方法得到的掺杂型纳米氧化物材料。
[0038]上述掺杂型纳米氧化物材料的制备方法包括如下步骤：将掺杂金属源与基础金属源溶解于第一溶剂，得到第一溶液。将有机配体溶解于第二溶剂，得到第二溶液。将第一溶液和第二溶液混合进行自组装反应，得到固体前体。对固体前体进行热处理。其中，掺杂金属源包括钆源、钐源、镧源、锰源、铁源、钴源、镍源以及铜源中的至少一种。基础金属源包括铈源和锆源中的至少一种。有机配体包括均苯三甲酸、对苯二甲酸、4,4'
‑
联苯二甲酸以及[1,1':4',1
”‑
三联苯]‑
4本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种掺杂型纳米氧化物材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将掺杂金属源与基础金属源溶解于第一溶剂，得到第一溶液；将有机配体溶解于第二溶剂，得到第二溶液；将所述第一溶液和所述第二溶液混合进行自组装反应，得到固体前体；对所述固体前体进行热处理；所述掺杂金属源包括钆源、钐源、镧源、锰源、铁源、钴源、镍源以及铜源中的至少一种；所述基础金属源包括铈源和锆源中的至少一种；所述有机配体包括均苯三甲酸、对苯二甲酸、4,4'
‑
联苯二甲酸以及[1,1':4',1
”‑
三联苯]
‑
4,4
”‑
二羧酸中的至少一种。2.如权利要求1所述的掺杂型纳米氧化物材料的制备方法，其特征在于，所述掺杂金属源和所述基础金属源的摩尔比为x:(1
‑
x)，其中0＜x≤0.5；和/或，所述掺杂金属源和所述基础金属源的总摩尔量与所述有机配体的摩尔量之比为1:0.1～1:10。3.如权利要求1所述的掺杂型纳米氧化物材料的制备方法，其特征在于，所述自组装反应的反应温度为60℃～180℃；和/或，所述自组装反应的反应时间为0.5h～48h；和/或，所述热处理的温度为300℃～800℃；和/或，所述热处理的时间为0.5h～24h。4.如权利要求1所述的掺杂型纳米氧化物材料的制备方法，其特征在于，所述第一溶剂包括N,N
‑
二甲基甲酰胺、甲醇、乙醇以及水中的至少一种；和/或，所述第二溶剂包括N,N
‑
二甲基甲酰胺、甲醇以及乙醇中的至少一种；和/或，所述钆源包括硝酸钆及其水合物、氯化钆及其水合物、硫酸钆及其水合物、乙酸钆及其水合物、草酸钆及其水合物、辛酸钆及其水合物、异丙醇钆及其水合物、乙酰丙酮钆及其水合物、钆喷酸葡胺及其水合物中的至少一种；和/或，所述钐源包括硝酸钐及其水合物、氯化钐及其水合物、硫酸钐及其水合物、乙酸钐及其水合物、乙二酸钐及其水合物、异丙醇钐及其水合物、乙酰丙酮钐及其水合物中的至少一种；和/或，所述镧源包括硝酸镧及其水合物、氯化镧及其水合物、硫酸镧及其水合物、乙酸镧及其水合物、草酸镧及其水合物、异丙醇镧及其水合物、乙酰丙酮镧及其水合物中的至少一种；和/或，所述锰源包括硝酸锰及其水合物、硫酸锰及其水合物、氯化锰及其水合物、乙酸锰及其水合物、草酸锰及其水合物、...

【专利技术属性】
技术研发人员：王福欢，王贺武，欧阳明高，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：