一种钙钛矿氧化物异质结材料及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种钙钛矿氧化物异质结材料及制备方法，属于材料制备领域。本发明专利技术的制备方法，在等离子体环境下产生的高能电子在催化剂上引起表面充电，在表面形成等离子体鞘层，带电物质和金属前体离子之间的库仑相互作用促进了金属在表面的成核，同时还原性气氛中的电子以及电子诱导的高还原性粒子也是高效的还原剂，来进一步加速这种钙钛矿中金属离子从晶格中原位出溶过程，形成分布于钙钛矿氧化物表面的纳米颗粒异质结材料。本发明专利技术的钙钛矿氧化物异质结材料，表面拥有均匀、分散且尺寸较小的金属纳米颗粒，有着更多的活性位点、更大的比表面积和孔体积。大的比表面积和孔体积。大的比表面积和孔体积。

【技术实现步骤摘要】
一种钙钛矿氧化物异质结材料及制备方法


[0001]本专利技术属于材料制备领域，尤其是一种钙钛矿氧化物异质结材料及制备方法。

技术介绍

[0002]等离子体是物质在高温或特定激励条件下产生的一种物质状态，是不同于固体、液体或气体的物质的第四种状态。与气体类似，等离子体可以改变其体积和形状，但与气体不同的是，它还可以改变其电荷并传导电流，因为它是电子、离子、原子、分子、自由基、光等的集合体。尽管电导率很高，但等离子体具有宏观电中性。一般来说，等离子体可以在某些条件下通过气体电离产生。等离子体按照粒子温度分为两大类，即高温等离子体和低温等离子体。而介质阻挡放电(DBD)产生的等离子体是一种低温等离子体。DBD等离子体是利用高电压击穿绝缘介质，产生大量随机分布的细微脉冲电流，诱导形成等离子体扩散至整个间隙。DBD等离子体处理装置结构简单，可在大气压条件下进行，有着操作简单，成本较低，能耗小，污染小等优点，在催化领域应用十分广泛，例如合成超细颗粒的催化剂、喷涂合成负载型催化剂、对催化剂进行表面改性、直接参与催化过程等。
[0003]钙钛矿型氧化物的通式可以写作ABO3。钙钛矿型氧化物的A位通常为镧系元素或碱土金属元素，B位通常为过渡金属元素，如Mn、Co、Fe等。理想的钙钛矿型氧化物为简单立方结构，其中A位与O构成12配位的结构，B位与O构成6配位的结构。通过在A、B位中的至少一位部分取代阳离子，以修改局部电子结构、带隙和氧空位浓度，可得到多种化学式为A1‑
x
A
′
x
B1‑
y
B
′
y
O3‑
δ
的钙钛矿氧化物，因此其物理/化学性质较为灵活，已广泛应用于光催化、热催化、电催化和光热催化领域。但其也存在着颗粒大，易发生团聚，比表面积较低，并且其自身的导电性较差等不足。
[0004]为了提高钙钛矿型氧化物的性能，许多研究人员通过定制的金属颗粒出溶来构建钙钛矿/金属复合材料。在钙钛矿的合成过程中，某些金属离子作为阳离子掺入到主晶格中，而该金属离子在还原时作为金属纳米颗粒镶嵌在钙钛矿基体上。与传统技术，例如物理混合和浸渍相比，这个过程可以产生更精细和更均匀分布的纳米金属颗粒，可暴露更多的活性位点，增大比表面积，提高其催化性能。但目前常用的出溶方法是通过在高温(400～900℃)下将钙钛矿置于还原剂(例如氢气)下进行的，这种出溶过程存在反应条件苛刻，耗能大，耗时长、氢气安全性差等缺点。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种钙钛矿氧化物异质结材料及制备方法。
[0006]为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0007]一种钙钛矿氧化物异质结材料的制备方法：将A
x
A
′
x
′
B
y
B
′
y
′
O3钙钛矿氧化物粉末置于等离子体发生器的放电区内，通入还原性气体，等离子体发生器进行放电，在等离子体环境下A
x
A
′
x
′
B
y
B
′
y
′
O3钙钛矿氧化物粉末进行原位出溶，得到出溶的钙钛矿；
[0008]所述A
x
A
′
x
′
B
y
B
′
y
′
O3钙钛矿氧化物为A
′
取代部分A元素和/或B
′
取代部分B元素的ABO3钙钛矿氧化物；其中，x+x
′
≤1且x
′
≥0，y+y
′
≤1且y
′
≥0，x
′
和y
′
不同时为0；
[0009]所述A为Sr、Ca或Ba，B为Ti或Mn，A
′
为Ni、La、Ce或Gd；B
′
为Fe、Co、Cu、Ni、Ru或Pt；
[0010]所述等离子体发生器进行放电的功率为20～30W，持续时间为30～60min。
[0011]进一步的，所述等离子体发生器为同轴介质阻挡放电等离子体发生器。
[0012]进一步的，所述同轴介质阻挡放电等离子体发生器包括石英管，石英管的一端设有进气口，另一端设有出气口，石英管的其中一段设有反应室，反应室内设有用于放置A
x
A
′
x
′
B
y
B
′
y
′
O3钙钛矿氧化物粉末的石英棉，反应室的外围设有铜箔，所述铜箔与大地相连；
[0013]石英管内贯穿有用于施加电压的铜棒。
[0014]进一步的，通入的还原性气体为5％H2+95％N2。
[0015]进一步的，所述A
x
A
′
x
′
B
y
B
′
y
′
O3钙钛矿氧化物粉末由以下方法制备得到：
[0016]按A
x
A
′
x
′
B
y
B
′
y
′
O3钙钛矿氧化物粉末的化学计量比称取对应的金属盐和一水柠檬酸，一水柠檬酸与总金属离子的摩尔比为3:1；
[0017]之后混合得到含金属络合物的混合溶液，将含金属络合物的混合溶液在200℃磁力搅拌5h以上得到溶胶，烘干后进行球磨，球磨后的粉末进行煅烧，完成结晶，得到A
x
A
′
x
′
B
y
B
′
y
′
O3钙钛矿氧化物粉末。
[0018]进一步的，煅烧工艺为：
[0019]从室温升高到400℃，升温速率为1℃/min，接着从400℃升高到600℃，升温时间为1h，之后在600℃煅烧6h，完成后随炉冷却至室温。
[0020]一种钙钛矿氧化物异质结材料，根据本专利技术所述的制备方法制备得到。
[0021]进一步的，原位溶出的A
′
或/和B
′
金属纳米颗粒分布在钙钛矿氧化物上，形成异质结材料。
[0022]所述出溶的金属纳米颗粒的粒径在100nm以下。
[0023]进一步的，当x
′
或y
′
为0时，溶出的为金属纳米颗粒为A
′
或B
′
单质；
[0024]当x
′
和y
′
均不为0时，溶出的金属纳米颗粒为A
′‑
B
′
合金。
[0025]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0026]本专利技术的钙钛矿氧化物异质结材料本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿氧化物异质结材料的制备方法，其特征在于：将A
x
A
′
x
′
B
y
B
′
y
′
O3钙钛矿氧化物粉末置于等离子体发生器的放电区内，通入还原性气体，等离子体发生器进行放电，在等离子体环境下A
x
A
′
x
′
B
y
B
′
y
′
O3钙钛矿氧化物粉末进行原位出溶，得到出溶的钙钛矿；所述A
x
A
′
x
′
B
y
B
′
y
′
O3钙钛矿氧化物为A
′
取代部分A元素和/或B
′
取代部分B元素的ABO3钙钛矿氧化物；其中，x+x
′
≤1且x
′
≥0，y+y
′
≤1且y
′
≥0，x
′
和y
′
不同时为0；所述A为Sr、Ca或Ba，B为Ti或Mn，A
′
为Ni、La、Ce或Gd；B
′
为Fe、Co、Cu、Ni、Ru或Pt；所述等离子体发生器进行放电的功率为20～30W，持续时间为30～60min。2.根据权利要求1所述的钙钛矿氧化物异质结材料的制备方法，其特征在于，所述等离子体发生器为同轴介质阻挡放电等离子体发生器。3.根据权利要求2所述的钙钛矿氧化物异质结材料的制备方法，其特征在于，所述同轴介质阻挡放电等离子体发生器包括石英管(1)，石英管(1)的一端设有进气口(5)，另一端设有出气口(2)，石英管(1)的其中一段设有反应室，反应室内设有用于放置A
x
A
′
x
′
B
y
B
′
y
′
O3钙钛矿氧化物粉末的石英棉(6)，反应室的外围设有铜箔(4)，所述铜箔(4)与大地相连；石英管(1)内贯穿有用于施加电压...

【专利技术属性】
技术研发人员：周峻，朱子河，吴锴，李晴皓，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：