本发明专利技术公开一种通过化学计量偏移法改善LFO薄膜电催化析氧的方法，采用脉冲激光沉积的方法在SrTiO3单晶基片表面制备LaFeO3薄膜，薄膜表面致密、光滑且具有原子级台阶，表面粗糙度较低，均在200 pm左右，膜厚一致，纯度高且均匀。本发明专利技术通过改变氧压调节氧空位含量实现了调控Fe的价态，提供了LaFeO3中多个自旋态，并证明了它与OER之间的关系响应，这有助于从根本上理解过渡金属电子结构与OER性能之间的联系，以及对有前景的过渡金属氧化物催化剂进行进一步的设计。本发明专利技术方法简单、成本低、易操作、催化效果明显，对电催化剂的活性调节具有潜在应用价值。潜在应用价值。潜在应用价值。
【技术实现步骤摘要】
通过化学计量偏移法改善LFO薄膜电催化析氧的方法
[0001]本专利技术公开一种通过化学计量偏移法改善LaFeO3薄膜电催化析氧的方法，属于材料科学与工程技术和化学领域。
技术背景
[0002]电催化析氧反应(OER)是许多可持续能源转换和储存技术中一个非常重要的过程，但是到目前为止，最有效的电催化剂仍是贵金属材料，它们在非常低的过电势下就能产生较高的电流密度进而达到较强的电化学析氧能力，但它们昂贵的价格和有限的存储量限制了其大规模应用，因此，开发经济、稳定、活性高的催化剂得到了研究者们的广泛关注。钙钛矿金属氧化物是一种常见的氧化物材料，可以用各种配比材料来合成。它具有稳定性高、易合成、地球存储量高、价格低廉等优点。同时它还是电子强关联体系的一类非常重要的材料，这些强关联特征不仅赋予了钙钛矿的物理性质，同时也对催化性能有重要的影响。LaFeO3（LFO）是典型的具有钙钛矿（ABO3）结构的复合结构金属氧化物，它具有稳定的晶体结构、电磁、催化、气敏性等特点，因此它成为国内外研究热点。
技术实现思路
[0003]鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种通过化学计量偏移法改善LaFeO3薄膜电催化析氧能力的方法，促进钙钛矿氧化物对OH
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的吸附，该方法简单易行，化学计量比稳定。
[0004]本专利技术所述的一种通过化学计量偏移改善钙钛矿LaFeO3薄膜的制备方法，包括如下步骤：1、将单晶基片依次在去离子水和无水乙醇中超声3 min，此行为重复操作3次，然后吹干；2、超声后的基片在加热台上以25 ℃保温30 min并吹干；3、将干燥好的基片放到王水中反应后再放到马弗炉中进行烧制；4、用导电银浆将处理过的基片粘到镍块上，放在加热台上120 ℃加热5 min左右后冷却降至室温；5、将粘有基片的镍块送至脉冲激光沉积系统的真空室后将真空室的真空度抽至1
×
10
‑
7 mTorr以下，根据实验条件调控氧压；6、采用脉冲激光对LFO靶材进行8
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12 min清靶：激光能量为200
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300 mJ，激光脉冲频率为5
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15 Hz，焦距为35
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40 mm，激光窗口孔直径为1.5 cm，靶材转速为3
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7 r/min；7、将单晶基片以25 ℃/min的升温速率升温，采用脉冲激光在基片表面溅射LFO薄膜，激光脉冲频率为2
‑
10 Hz，焦距为35
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40 mm，激光窗口孔直径为1.5 cm，靶材转速为3
‑
7 r/min，溅射时间为20
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40 min；8、溅射完成后，仍以25 ℃/min的降温速率将真空室的温度降至120 ℃，随后自然冷却至室温，即得LFO薄膜。
[0005]其中，步骤一中的基片为SrTiO
3 （STO）单晶基片，步骤五中氧压变化范围是0.02
ꢀ‑ꢀ
200 mTorr，步骤六中的激光能量为300 mJ，步骤七中的激光脉冲频率为4 Hz，焦距37 mm，靶材转速设为5 r/min。
[0006]本专利技术提供了一种通过化学计量偏移法改善LaFeO3薄膜电催化析氧能力的方法，在STO基片上生长薄膜，得到了生长均匀、均方根粗糙度较低且致密性良好的原子级薄膜。本专利技术通过改变氧压实现钙钛矿氧化物LFO的自旋态调配，促进Fe离子的交换作用，从而促进了LFO对含氧中间体的有效吸附，提升了LFO的电催化产氧性能。
[0007]实验结果表明， LFO在1.9 V时的电流密度与氧含量呈火山依赖性。通过X射线光电子能谱和磁滞测量对LFO中的Fe离子和氧空位含量进行了综合表征，发现Fe离子对OH
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的吸附能力和交换相互作用共同决定了OER的性能。
[0008]本专利技术得积极效果在于：通过化学计量偏移改变钙钛矿氧化物自旋态的方法，促进钙钛矿氧化物对OH
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的吸附，该方法简单易行，化学计量比稳定，本专利技术方法制备的薄膜催化剂样品纯度高，每个样品的化学计量比相同；工艺简单、设备简单、制备周期短、环保、低成本，检测迅速、可重复性高，对电催化具有十分广阔的应用前景。
[0009]采用脉冲激光沉积的方法在SrTiO3单晶基片表面制备LaFeO3薄膜，薄膜表面致密、光滑且具有原子级台阶，表面粗糙度较低，均在200 pm左右，膜厚一致，纯度高且均匀。
附图说明
[0010]图1是不同氧压下LFO生长在STO基片上的XRD图像；图2是LFO的AFM图像；图3是不同氧压下制备的LFO的XPS图像；图4是不同氧压下制备的LFO的电化学图像；图5 是不同氧压下制备的LFO的M
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H图像。
实施方式
[0011]通过以下实施例进一步举例描述本专利技术，并不以任何方式限制本专利技术，在不背离本专利技术的技术解决方案的前提下，对本专利技术所作的本领域普通技术人员容易实现的任何改动或改变都将落入本专利技术的权利要求范围之内。
实施例
[0012]将单晶基片依次在去离子水和无水乙醇中超声3 min，此行为重复操作3次，然后吹干；超声后的基片在加热台上以25 ℃保温30 min并吹干；将干燥好的基片放到王水中反应后再放到马弗炉中进行烧制；用导电银浆将处理过的基片粘到镍块上，放在加热台上120 ℃加热5 min左右后冷却降至室温；将粘有基片的镍块送至脉冲激光沉积系统的真空室后，将真空室的真空度抽至1
×
10
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7 mTorr以下，根据实验条件调控氧压；采用脉冲激光对LFO靶材进行8
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12 min清靶：激光能量为200
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300 mJ，激光脉冲频率为5
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15 Hz，焦距为35
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40 mm，激光窗口孔直径为1.5 cm，靶材转速为3
‑
7 r/min；
将真空室以25 ℃/min的升温速率升温至650℃，通入氧气，使氧压达到0.02 mTorr，采用脉冲激光在基片表面溅射LFO薄膜，激光脉冲频率为2
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10 Hz，焦距为35
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40 mm，激光窗口孔直径为1.5 cm，溅射时间为20
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40 min，靶材转速为3
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7 r/min；溅射完成后，仍以25 ℃/min的降温速率将真空室的温度降至120 ℃，随后自然冷却至室温，即得LFO薄膜。
实施例
[0013]将单晶基片依次在去离子水和无水乙醇中超声3 min，此行为重复操作3次，然后吹干；超声后的基片在加热台上以25 ℃保温30 min并吹干；将干燥好的基片放到王水中反应后再放到马弗炉中进行烧制；用导电银浆将处理过的基片粘到镍块上，放在加热台上120 ℃加热5 min左右后冷却降至室温；将粘有基片的镍块送至脉冲激光沉积系统的真空室后，将真空室的真空度抽至1
×
10...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.通过化学计量偏移法改善LaFeO3薄膜电催化析氧能力的方法，包括如下步骤：1）将单晶基片依次在去离子水和无水乙醇中超声3 min，此行为重复操作3次，然后吹干；2）超声后的基片在加热台上以25 ℃保温30 min并吹干；3）将干燥好的基片放到王水中反应后再放到马弗炉中进行烧制；4）用导电银浆将处理过的基片粘到镍块上，放在加热台上120℃加热5 min左右后冷却降至室温；5）将粘有基片的镍块送至脉冲激光沉积系统的真空室后将真空室的真空度抽至1
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7 mTorr以下，根据实验条件调控氧压；6）采用脉冲激光对LaFeO3（LFO）靶材进行8
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12 min清靶：激光能量为200
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300 mJ，激光脉冲频率为5
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15 Hz，焦距为35
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40 mm，激光窗口孔直径为1.5 cm，靶材转速为3
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7 r/min；7）将真空室以25 ℃/min的升温速率升温，采用脉冲激光在基片表面溅射LFO薄膜，激光脉冲频率为2
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10 Hz，焦距为35
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40 mm，激光窗口孔直径为1.5 cm，溅射时间...
【专利技术属性】
技术研发人员：冯明，吕伟明，刘梅，张媛，
申请(专利权)人：吉林师范大学，
类型：发明
国别省市：
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