一种A位含铷元素的复杂钙钛矿及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种A位含铷元素的复杂钙钛矿及其制备方法和应用，该钙钛矿分子式为Rb

【技术实现步骤摘要】
一种A位含铷元素的复杂钙钛矿及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于钙钛矿电催化
，涉及一种A位含铷元素的复杂钙钛矿及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]全球能源需求的不断增长，伴随着化石燃料的逐渐枯竭和环境的恶化，促使人们迫切地寻找可再生能源，如风能和太阳能。然而，这些可持续能源通常是间歇性的，在供应和需求之间存在时间差距。若将太阳能和风能产生的电能转化为电解水产生的氢燃料，可对实现能源的可持续发展提供强力支持。这些能量转换极大地受水电解反应中缓慢的析氧反应(OER)动力学影响。目前工业水平的析氧反应电催化剂高度依赖于贵金属氧化物催化剂，但是这些贵金属氧化物电催化剂成本高、地球储量低，极大地阻碍了其在析氧反应中的发展。这为非贵金属基析氧反应电催化剂的研究提供了强大的驱动力。
[0003]钙钛矿氧化物是一种备受关注的非贵金属电催化剂，它具有元素丰富、成本低、合成方便、组分可调灵活、活性高等多种优点，已经成为析氧反应研究领域的前沿。一般情况下，钙钛矿晶格的A位由碱土金属或者镧系金属元素构成，B位由过渡金属元素构成。然而，含碱金属元素的钙钛矿在钙钛矿氧化物中较少被研究提及。先前的研究表明，在高温下合成钙钛矿的过程中，碱金属元素会挥发，通常需要过量添加碱金属元素进行补偿。然而，目前还未有报道研究钙钛矿氧化物中碱金属的名义添加量和实际含量之间的相关性，也不清楚这种合成方法对所制备的钙钛矿结构的影响。
[0004]专利CN113000050A公开了一种利用选择性溶出法改性钙钛矿及其改性方法和应用，将镧、锶、钴和铁的金属硝酸盐置于容器内并加水溶解后，加入柠檬酸和乙二胺四乙酸，并调节溶液pH为8
‑
9，混合溶液置于70
‑
90℃下加热、搅拌，即得到溶胶，再将上述溶胶干燥、碳化，即得到碳化后的干凝胶，将上述碳化后的干凝胶燃烧后研磨，研磨后再置于800
‑
1000℃下保温5
‑
8h后，冷却至室温20
‑
25℃，即得到La
0.6
Sr
0.4
Co
0.8
Fe
0.2
O3钙钛矿前驱体；利用硝酸溶液，对La
0.6
Sr
0.4
Co
0.8
Fe
0.2
O3钙钛矿前驱体进行A位阳离子锶的选择性溶出，产生A位缺陷，即得到改性后的钙钛矿。但该专利的材料在制备中，溶胶干燥就已经需要至少20h，再加上多温度段煅烧以及稀硝酸1
‑
12h刻蚀，完成整个样品制备需要72h以上。因此该专利在制备方法上复杂，并且耗费时间，能耗较高。
[0005]专利CN114824303A公开了一种R
‑
P型层状中熵钙钛矿结构阴极材料及其制备方法，分子式为La
1.4
Sr
0.6
(Co，Fe，Ni，Mn)
1/4
O
4+δ
，其中δ表示氧空位含量；其制备方法：以分别含有La
3+
、Sr
2+
、Co
2+
、Fe
3+
、Ni
2+
、Mn
2+
的化合物为原料，根据分子式中对应元素的化学计量比称取各原料，将各原料分别加入到去离子水中搅拌溶解混合均匀获得溶液A；向溶液A中分别添加柠檬酸和乙二醇，加热搅拌溶解，再转移至电炉中加热至自燃，继续加热至燃烧形成灰烬即得到前驱体；将前驱体研磨后转移至马弗炉中加热获得的粉体即为R
‑
P型层状中熵钙钛矿结构阴极材料。固体燃料电池需要在较高的温度中操作，造成了电池的稳定性和使用寿命受到了限制。该专利用煅烧前后的样品结构不变来说明材料具有不错的稳定性，然而
材料在实际固体燃料电池应用中的稳定性仍处于未知。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的至少一种缺陷而提供一种A位含铷元素的复杂钙钛矿及其制备方法和应用，本专利技术制备的含铷元素的复杂钙钛矿具有立方钙钛矿结构，不同的铷元素的添加量可以调节钙钛矿在析氧反应中的稳定性。
[0007]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0008]本专利技术的技术方案之一在于，提供一种A位含铷元素的复杂钙钛矿，该钙钛矿分子式为Rb
0.2
Sr
0.8
Co
0.4
Fe
0.6
O3，铷、锶、钴、铁和氧元素的添加量摩尔比为(1
‑
2):4:2:3:15。
[0009]作为优选的技术方案，所述铷元素添加量为名义添加量的1.0倍、1.2倍、1.4倍、1.6倍、1.8倍或2.0倍，分别标记为1.0Rb、1.2Rb、1.4Rb、1.6Rb、1.8Rb或2.0Rb。
[0010]本专利技术的技术方案之一在于，提供一种A位含铷元素的复杂钙钛矿的制备方法，该方法包括以下步骤：
[0011](1)将金属盐铷盐、锶盐、钴盐和铁盐加入水中搅拌至溶解；
[0012](2)加入螯合剂，升温，搅拌；
[0013](3)加入pH调节剂调节pH，升温使水沸腾，搅拌，让金属元素均匀分布，蒸发水至凝胶出现；
[0014](4)高温烘烤至钙钛矿前驱体出现，除去反应物中的结构水和羟基配体；
[0015](5)将前驱体研磨；
[0016](6)高温煅烧。
[0017]进一步地，步骤(1)中金属盐包括硝酸盐、醋酸盐或碳酸盐，目的是提供钙钛矿中的金属元素，金属离子总浓度为0.01
‑
0.05mol/L；
[0018]搅拌温度为室温，转速为100
‑
1000rpm。
[0019]进一步地，步骤(2)中螯合剂选自柠檬酸、乙二胺四乙酸、乙二醇、蔗糖和果糖中一种或多种，金属离子与螯合剂总浓度比为1:(1
‑
12)。
[0020]进一步地，步骤(2)中加热温度为60
‑
80℃，搅拌时间为0.5
‑
3h，转速为100
‑
1000rpm。
[0021]进一步地，步骤(3)中pH调节剂为氨水，调节pH为6
‑
10；
[0022]加热源温度为110
‑
150℃，搅拌转速为100
‑
1000rpm。
[0023]进一步地，步骤(4)中烘烤温度为100
‑
250℃，保温时间为2
‑
8h。
[0024]进一步地，步骤(5)中研磨时间为4
‑
30min。
[0025]进一步地，步骤(6)中煅烧温度为600
‑
900℃，时间为1
‑
12h，升温速率为1
‑
15℃/min。
[002本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种A位含铷元素的复杂钙钛矿，其特征在于，该钙钛矿分子式为Rb
0.2
Sr
0.8
Co
0.4
Fe
0.6
O3，铷、锶、钴、铁和氧元素的添加量摩尔比为(1
‑
2):4:2:3:15。2.一种如权利要求1所述的A位含铷元素的复杂钙钛矿的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)将金属盐铷盐、锶盐、钴盐和铁盐加入水中搅拌至溶解；(2)加入螯合剂，升温，搅拌；(3)加入pH调节剂调节pH，升温使水沸腾，搅拌，蒸发水至凝胶出现；(4)高温烘烤至钙钛矿前驱体出现；(5)将前驱体研磨；(6)高温煅烧。3.根据权利要求2所述的一种A位含铷元素的复杂钙钛矿的制备方法，其特征在于，步骤(1)中金属盐包括硝酸盐、醋酸盐或碳酸盐，金属离子总浓度为0.01
‑
0.05mol/L；搅拌温度为室温，转速为100
‑
1000rpm。4.根据权利要求2所述的一种A位含铷元素的复杂钙钛矿的制备方法，其特征在于，步骤(2)中螯合剂选自柠檬酸、乙二胺四乙酸、乙二醇、蔗糖和果糖中一种或多种，金属离子与螯合剂总浓度比为1:(1
‑
12)。5.根据权利要求2所述的一种A位含铷元素的复杂钙钛矿...

【专利技术属性】
技术研发人员：王元庆，谢华超，欧阳润海，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：