一种CaMnO制造技术

本发明专利技术公开了一种CaMnO

【技术实现步骤摘要】
一种CaMnO3型钙钛矿材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及电催化材料
，更具体地，涉及一种CaMnO3型钙钛矿材料及其制备方法和应用。
技术介绍
氧化还原反应(ORR)是一类重要的电化学反应过程，在各类储能与转换器件中有广泛的应用，但是由于该反应动力学缓慢，严重限制了器件的工作效率。为此，大量的研究工作致力于开发高性能氧化还原电催化剂。目前，贵金属类催化剂是公认的性能最优的氧化还原催化材料，但由于贵金属的地球储量不足、价格昂贵和易毒化等问题，贵金属类催化剂并不适用于大规模商业生产和实际应用。钙钛矿是一类典型的过渡金属氧化物，具有较高的氧化还原催化活性、物理化学特性优异、低成本、环境友好等特点，而钙钛矿结构催化材料也已被证实具有较好的催化性能，但其催化活性和稳定性与贵金属类催化剂还相去甚远。朱家昌(朱家昌.钙钛矿型CaMnO3的制备及热电性能研究[D].哈尔滨工业大学,2016.)报道了一种CaMnO3型钙钛矿材料，制备方法是将钙盐、锰盐为原料，柠檬酸为络合剂，乙二醇为稳定剂，制得溶胶后干燥，再750℃煅烧4h制得钙钛矿型CaMnO3。但是该化合物作为氧化还原电催化剂的催化活性和稳定性不高。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有CaMnO3型钙钛矿材料的氧化还原催化活性和稳定性不高的缺陷和不足，提供一种CaMnO3型钙钛矿材料的制备方法，所制得的CaMnO3型钙钛矿材料的氧化还原催化活性高，稳定性好。本专利技术的又一目的是提供一种CaMnO3型钙钛矿材料。本专利技术的另一目的是提供一种CaMnO3型钙钛矿材料的应用。本专利技术上述目的通过以下技术方案实现：一种CaMnO3型钙钛矿材料的制备方法，包括如下步骤：S1.将钙盐、锰盐和螯合剂溶解于溶剂中，并调节pH为3～4；在60～90℃加热10～24h，得到溶胶；溶胶干燥后制得粉末材料；所述钙盐、锰盐和螯合剂的摩尔比为1:1～3:1～3；S2.将步骤S1制得的粉末材料先在300～600℃煅烧3～6h，再在700～1000℃煅烧5～8h；S3.将步骤S2煅烧后的粉末材料在氨气中，于400～600℃加热1～2h，制得CaMnO3型钙钛矿材料。本专利技术通过调控钙盐、锰盐和螯合剂的比例以及pH值，制得疏松粉末材料，再进行两次煅烧，先在较低温度煅烧一次，去除有机物的同时防止结构坍塌，再进一步高温煅烧制得CaMnO3，最后在氨气中热处理，通过调控氨气还原热处理的温度，在材料中形成合适的氧空位，体现在制得的CaMnO3型钙钛矿材料的氧化还原催化活性和稳定性高。优选地，所述钙盐、锰盐和螯合剂的摩尔比为1:1～2:2～3。更优选地，所述钙盐、锰盐和螯合剂的摩尔比为1:1:2。优选地，步骤S1所述pH为3～4。更优选地，步骤S1所述pH为3。优选地，步骤S1所述螯合剂为柠檬酸、草酸、乙醇酸中的一种。优选地，步骤S1所述溶剂为水或乙二醇。更优选地，步骤S1所述溶剂为水。优选地，步骤S2为先在400～600℃煅烧5～6h，再在700～1000℃煅烧5～8h。更优选地，步骤S2为先在400～500℃煅烧5～6h，再在600～800℃煅烧6～8h。进一步优选地，步骤S2为先在400℃煅烧5h，再在800℃煅烧6h。优选地，步骤S3为在氨气中，于400～600℃加热1～2h。更优选地，步骤S3为在氨气中，于400～500℃加热1～2h。进一步优选地，步骤S3为在氨气中，于500℃加热1h。优选地，步骤S1所述钙盐为碳酸钙、氯化钙、乙酸钙中的一种。优选地，步骤S1所述锰盐为硝酸锰、氯化锰、乙酸锰中的一种。优选地，步骤S3所述氨气的流量为100～200mL/min。控制氨气的流量使氨气与样品充分反应，流量过低，氨气含量不足，影响材料的还原效果；流量过高，氨气过量，造成浪费。本专利技术保护上述制备方法制得的CaMnO3型钙钛矿材料。本专利技术还保护上述CaMnO3型钙钛矿材料在作为氧化还原催化剂中的应用。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术通过调控钙盐、锰盐和螯合剂的配比以及pH值，制得粉末材料，接着先在低温下煅烧后，再高温煅烧，最后氨气热处理后制得具有合适氧空位的CaMnO3型钙钛矿材料，本专利技术的制备方法操作简单，原料易于获取，成本低廉，可大批量生产。另外，本专利技术制备的CaMnO3型钙钛矿材料颗粒均匀，比表面积大，生产重复性高，不同批次样品基本无性能差异，进一步作为催化剂的氧化还原催化活性高，稳定性好。附图说明图1(1)为实施例1制得的CaMnO3-x型钙钛矿材料的高倍率扫描电镜(SEM)图片；图1(2)为实施例1制得的CaMnO3-x型钙钛矿材料的低倍率扫描电镜(SEM)图片。图2为对比例1和实施例1制得的CaMnO3材料和CaMnO3-x型钙钛矿材料的X射线衍射(XRD)图。图3为实施例1的CaMnO3-x型钙钛矿材料的元素分布谱图。图4为对比例1和实施例1制得的CaMnO3材料和CaMnO3-x型钙钛矿材料的氨气吸脱附曲线。图5为对比例1和实施例1制得的CaMnO3材料和CaMnO3-x型钙钛矿材料的氧饱和条件下测得的极化曲线(LSV)。图6为对比例1制得的CaMnO3和实施例1～3在不同氨气热处理温度下CaMnO3-x型钙钛矿材料的Mn2p的XPS曲线。图7为对比例1制得的CaMnO3和实施例1～3在不同氨气热处理温度下CaMnO3-x型钙钛矿材料的氧化还原催化活性比较图。图8(1)(2)为对比例1和实施例1制得的CaMnO3材料和CaMnO3-x型钙钛矿材料在不同转速下的极化曲线(LSV)及其不同电压下Koutechy-Levich(K-L)曲线(由Koutechy-Levich公式得到)，图7(3)(4)为对比例1和实施例1制得的CaMnO3材料和CaMnO3-x型钙钛矿材料在不同转速下的极化曲线(LSV)及其不同电压下Koutechy-Levich(K-L)曲线(由Koutechy-Levich公式得到)。图9为计时安培法测试CaMnO3-x型钙钛矿材料催化剂的稳定性图。图10为实施例1不同批次制得的CaMnO3-x型钙钛矿材料在氧饱和条件下测得的极化曲线(LSV)。图11为对比例1制得的CaMnO3材料和实施例1制得的CaMnO3-x型钙钛矿材料和贵金属催化剂分别作为柔性锌空电池空气催化剂的性能比较：图11(1)为开路电压的比较；图11(2)为锌空电池的放电曲线和功率密度曲线。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步的说明，但实施例并不对本专利技术做任何形式的限定。除非另有说明，本专利技术实施例采用的原料试剂为常规购买的原料试剂。实施例1一种CaMnO3型钙钛矿材料的制备方法，包括如下步骤：S1.将碳酸钙、硝酸本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种CaMnO

【技术特征摘要】
1.一种CaMnO3型钙钛矿材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.将钙盐、锰盐和螯合剂溶解于溶剂中，并调节pH为3～4；在60～90℃加热10～24h，得到溶胶；溶胶干燥后制得粉末材料；所述钙盐、锰盐和螯合剂的摩尔比为1:1～3:1～3；
S2.将步骤S1制得的粉末材料先在300～600℃煅烧3～6h，再在700～1000℃煅烧5～8h；
S3.将步骤S2煅烧后的粉末材料在氨气中，于400～600℃加热1～2h，制得CaMnO3型钙钛矿材料。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述钙盐、锰盐和螯合剂的摩尔比为1:1～2:2～3。


3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤S1所述pH为3～4。


4.根据权利要求1所述的制备方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢锡洪，杨帆，曾银香，周金浩，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：广东;44