本发明专利技术的催化剂材料以碳酸锶、氧化钛、氧化锆、氧化铪、氧化锡和氧化钌为原料经过高速球磨，烘干和焙烧等过程制备得到。所制备的Sr(Ti/Zr/Hf/Sn/Ru)O3高熵钙钛矿氧化物具备丰富的活性位点，稳定的结构以及在其表面强氮气吸附和活化，展示出更优异的催化活性。此外，该制备工艺简便易操作，且所制备得到的Sr(Ti/Zr/Hf/Sn/Ru)O3高熵钙钛矿氧化物的综合性能良好，具有广阔的应用潜力。具有广阔的应用潜力。具有广阔的应用潜力。
【技术实现步骤摘要】
一种高熵钙钛矿氧化物及其制备方法与应用
[0001]本专利技术属于催化剂材料
，尤其是涉及一种高熵钙钛矿氧化物及其制备方法与应用。
技术介绍
[0002]硝酸盐是一种重要的化学品，在化肥、炸药和火药的生产中起到至关重要作用。目前工业硝酸盐通过两步法生产，包括人工氨合成和随后的氨催化氧化。第一步人工氨合成需要在高温(400
‑
500℃)和高压(200
‑
300atm)条件下与氢气和氮气反应，第二步氨氧化也需要苛刻的反应条件(400
‑
600℃，150
‑
250atm)。
[0003]近几年，利用氮气为氮源，水为质子源，在常温常压下以电催化方式进行硝酸盐的制备，逐渐成为研究人员关注的热点。这类绿色合成的方法，具有原料来源广泛，生产装置不受地域限制，无碳基副产物生成等优势。然而，由于氮氮三键的超强稳定性，破坏氮氮三键需要克服较高的能垒；同时，氮气氧化反应和析氧反应的氧化电位相近，导致了两者存在竞争。这就是目前氮气氧化催化剂合成硝酸根效率低的原因。
[0004]因此，设计开发具有丰富活性位点的催化剂，以提升氮气吸附和活化，有利于电催化氮气氧化制备硝酸根的效率提升。
技术实现思路
[0005]针对现有技术存在的问题与不足，本专利技术提供一种Sr(Ti/Zr/Hf/Sn/Ru)O3高熵钙钛矿氧化物及其制备方法与应用，该材料具有丰富的活性位点，能够增强氮气在其表面的吸附，且该制备工艺简单，能耗低，均匀度高等优点。
[0006]本专利技术的第一个方面，是提供一种高熵钙钛矿氧化物，所述高熵钙钛矿氧化物是一种ABO3型高熵钙钛矿氧化物，其中，A位金属为Sr，B位金属包括Ti、Zr、Hf、Sn、Ru，记为Sr(Ti/Zr/Hf/Sn/Ru)O3。
[0007]可选的，在一种实施案例中，金属原子比为Sr:Ti:Zr:Hf:Sn:Ru＝5:1:1:1:1:1。
[0008]可选的，在一种实施案例中，所述高熵钙钛矿氧化物为纳米级颗粒，所述氧化物的颗粒粒径为200
‑
300nm。
[0009]本专利技术的第二个方面，是提供一种高熵钙钛矿氧化物Sr(Ti/Zr/Hf/Sn/Ru)O3的制备方法，所述方法包括如下步骤：
[0010](1)将锶盐、钛盐、锆盐、铪盐、锡盐和钌盐溶解在水中，形成水溶液，高速球磨，静置后将下层浑浊液放入烘箱中经烘干，制备获得前驱体粉末；
[0011](2)将步骤(1)所得到的前驱体粉末经过焙烧，即得ABO3型高熵钙钛矿氧化物Sr(Ti/Zr/Hf/Sn/Ru)O3。
[0012]本专利技术的催化剂材料以碳酸锶、氧化钛、氧化锆、氧化铪、氧化锡和氧化钌为原料经过高速球磨，烘干和焙烧等过程制备得到，反应方程式为SrCO3+TiO2+ZrO2+HfO2+SnO2+RuO2→
Sr(Ti/Zr/Hf/Sn/Ru)O3。
[0013]所制备的Sr(Ti/Zr/Hf/Sn/Ru)O3高熵钙钛矿氧化物能增强其表面强氮气吸附和活化，展示出更优异的催化活性。此外，该制备工艺简便易操作，且所制备得到的Sr(Ti/Zr/Hf/Sn/Ru)O3高熵钙钛矿氧化物的综合性能良好，具有广阔的应用潜力。
[0014]可选的，在一种实施案例中，所述步骤(1)中，水的体积为8
‑
15mL，优选10mL。
[0015]可选的，在一种实施案例中，所述步骤(1)中，加入研磨球后高速球磨，所述研磨球选自氧化锆研磨球、不锈钢球、玛瑙球、碳化钨球、刚玉球、氧化锆球、聚氨酯球等其中任意至少一种。
[0016]可选的，在一种实施案例中，所述步骤(1)中，研磨球质量为1g/0.5
‑
1mL水。
[0017]可选的，在一种实施案例中，所述步骤(1)中，球磨8
‑
12h，转速为600
‑
700r/min。
[0018]可选的，在一种实施案例中，所述球磨为转30min停10min，共12
‑
18个循环。优选的，转速为700r/min，15个循环，球磨时间共计为10h。
[0019]可选的，在一种实施案例中，所述步骤(1)中，下层浑浊液于65～85℃烘干加热5～10h，优选75℃烘干加热8h。
[0020]可选的，在一种实施案例中，所述步骤(1)中，所述锶盐、钛盐、锆盐、铪盐、锡盐的摩尔浓度比例为(5
‑
10):(1
‑
2):(1
‑
2):(1
‑
2):(1
‑
2):(1
‑
2)。
[0021]可选的，在一种实施案例中，所述步骤(1)中，所述锶盐的摩尔浓度为0.5
‑
1mmol/mL，所述钛盐、锆盐、铪盐、锡盐的摩尔浓度各独立地为0.1
‑
0.2mmol/mL。
[0022]可选的，在一种实施案例中，所述步骤(1)中，所述锶盐包括碳酸锶，所述钛盐包括氧化钛，所述锆盐包括氧化锆，所述铪盐包括氧化铪，所述锡盐包括氧化锡，所述钌盐包括氧化钌。本申请中使用的钛盐、锆盐、铪盐、锡盐及钌盐这几类金属盐类型，选择的是一元金属氧化物或两元金属氧化物。
[0023]可选的，在一种实施案例中，所述步骤(1)中，所述锶盐包括：碳酸锶，摩尔浓度为0.5
‑
1mmol/mL；所述钛盐包括：氧化钛，摩尔浓度为0.1
‑
0.2mmol/mL；所述锆盐包括：氧化锆，摩尔浓度为0.1
‑
0.2mmol/mL；所述铪盐包括：氧化铪，摩尔浓度为0.1
‑
0.2mmol/mL；所述锡盐包括氧化锡，摩尔浓度为0.1
‑
0.2mmol/mL；所述钌盐包括：氧化钌，摩尔浓度为0.1
‑
0.2mmol/mL。
[0024]可选的，在一种实施案例中，所述步骤(1)中，所述锶盐包括：碳酸锶，摩尔浓度为0.5mmol/mL；所述钛盐包括：氧化钛，摩尔浓度为0.1mmol/mL；所述锆盐包括：氧化锆，摩尔浓度为0.1mmol/mL；所述铪盐包括：氧化铪，摩尔浓度为0.1mmol/mL；所述锡盐包括：氧化锡，摩尔浓度为0.1mmol/mL；所述钌盐包括：氧化钌，摩尔浓度为0.1mmol/mL。
[0025]可选的，在一种实施案例中，所述步骤(2)中所述烘焙温度为1300
‑
1500℃，加热速率为1～10℃/min，恒温时间为8
‑
12h，优选烘焙温度为1400℃，加热速率为5℃/min，时间为10h。
[0026]本专利技术的第三方面，本专利技术提供了一种上述技术方法及其制备得到的高熵钙钛矿氧化物Sr(Ti/Zr/Hf/Sn/Ru)O3的用途，应用于氮气氧化制备硝酸根领域，具体是作为催化剂材料。
[0027]与现有技术相比，本本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种高熵钙钛矿氧化物，其特征在于，所述高熵钙钛矿氧化物是一种ABO3型高熵钙钛矿氧化物，其中，A位金属为Sr，B位金属包括Ti、Zr、Hf、Sn、Ru，记为Sr(Ti/Zr/Hf/Sn/Ru)O3。2.根据权利要求1所述的高熵钙钛矿氧化物，其特征在于，金属原子比为Sr:Ti:Zr:Hf:Sn:Ru＝5:1:1:1:1:1。3.根据权利要求1所述的高熵钙钛矿氧化物，其特征在于，所述高熵钙钛矿氧化物为纳米级颗粒，颗粒直径为200
‑
300nm。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的一种高熵钙钛矿氧化物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将锶盐、钛盐、锆盐、铪盐、锡盐和钌盐溶解在水中，形成水溶液，高速球磨，静置后将下层浑浊液放入烘箱中烘干，制备获得前驱体粉末；(2)将步骤(1)所得到的前驱体粉末经过焙烧，即得ABO3型高熵钙钛矿氧化物Sr(Ti/Zr/Hf/Sn/Ru)O3。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，水的体积为8
‑
15mL，加入研磨球后高速球磨，氧化锆研磨球质量为1g/0.5
‑
1mL水。6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，球磨时间8
‑
12h，转速为600
‑
700r/min，所述球磨为转30min停1...
【专利技术属性】
技术研发人员：张龙生，郑慧，宋元昊，张亦喆，刘天西，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：
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