一种原位修饰Fe纳米颗粒负载的氧离子导体燃料电极、制备方法和用途技术

本发明专利技术涉及一种原位修饰Fe纳米颗粒负载的氧离子导体燃料电极、制备方法和用途，属于燃料电池技术领域。本发明专利技术提出了双钙钛矿氧化物Sr2Fe

【技术实现步骤摘要】
direct CO
2 electrolysis with excellent and stable cell performance[J].Journal of Materials Chemistry A.2017,5:20833
‑
20842.(10.1039/C7TA05750D).

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是：Sr2Fe
1.5
Mo
0.5
O6‑
δ
材料在高温还原条件下的Fe析出程度较大而导致了催化活性低、运行稳定性下降的问题。本专利技术的改进点在于：本专利技术制备出了一种固体氧化物燃料电极材料，该材料具有Sr2Fe
1.5
‑
x
Zn
x
Mo
0.5
O6‑
δ
(x＝0.05
‑
0.25)的通式，本方法通过Zn掺杂增强材料中Fe
‑
O键键能，减小Sr2Fe
1.5
Mo
0.5
O6‑
δ
中Fe元素的析出能，从而抑制Fe纳米颗粒在高温还原性气氛下的析出程度，达到原位修饰Fe纳米颗粒的目的，起到优化析出纳米颗粒微观形貌的作用，提高固体氧化物燃料电极材料的CO2化学吸附能力及催化活性的稳定性。通过高温固相煅烧法得到的材料，在纳米尺度下的元素分布十分均匀并且仍具有优良孔隙率。由于Zn掺杂能够抑制Fe纳米颗粒在高温还原性气氛下的析出程度，在原位修饰Fe纳米颗粒，能极大的提高了材料的稳定性，在一定程度上增加材料活性位点，从而提升材料的CO2RR活性，可以在固体氧化物电解池上具有优异电化学性能的同时，提升电解池在苛刻运行条件下运行的耐久性。
[0008]一种固体氧化物燃料电极材料，其化学通式为A2B2O6‑
δ
，具体分子式为：Sr2Fe
1.5
‑
x
Zn
x
Mo
0.5
O6‑
δ
，其中δ为氧空位的含量，x＝0.05
‑
0.25，优选0.1
‑
0.2。
[0009]分子式为：Sr2Fe
1.4
Zn
0.1
Mo
0.5
O6‑
δ
(SFZM01)。
[0010]上述固体氧化物燃料电极材料的制备方法，是指高温固相煅烧法。
[0011]所述的高温固相煅烧法包括如下步骤：按照化学计量比称取一定量的碳酸锶、氧化铁、氧化锌、氧化钼粉末混合后，球磨，煅烧后得到。
[0012]球磨过程采用乙醇作为助磨剂，转速200
‑
600rpm。
[0013]煅烧过程的温度是1050
‑
1250℃，煅烧时间4
‑
10h，升温速度为2
‑
8℃/min。
[0014]上述固体氧化物燃料电极材料用于固体氧化物电解池中的用途。
[0015]所述的用途是作为燃料电极的用途。
[0016]上述所指的用途为提高电极材料的CO2吸附能力、提高CO2RR活性、电流输出性能以及增强电池的耐久性。
[0017]所述的固体氧化物电解池中采用的电解质是La
0.8
Sr
0.2
Ga
0.8
Mg
0.2
O3‑
δ
(LSGM)。
[0018]有益效果
[0019](1)合成方法简单高效
[0020]此专利技术通过高温固相煅烧法合成了Sr2Fe
1.5
‑
x
Zn
x
Mo
0.5
O6‑
δ
(x＝0，0.1，0.2)电极材料，材料内的各个元素分布均匀，合成方法简单高效。
[0021](2)性能优异
[0022]Sr2Fe
1.4
Zn
0.1
Mo
0.5
O6‑
δ
(SFZM01)作为优异的燃料电极材料，在电解池模式下于850℃，1.6V时对应的电流密度为
‑
2220mA cm
‑2。
[0023](3)电解池稳定性突出
[0024]以Sr2Fe
1.4
Zn
0.1
Mo
0.5
O6‑
δ
(SFZM01)作为优异的燃料电极材料的SFZM01|LSGM|BSCF单电池在电解池模式下于800℃，1.4A cm
‑2、1.8V的高电压下稳定运行150h。
附图说明
[0025]图1是SFM、SFZM01和SFZM02电极材料在室温下的XRD图谱；
[0026]图2是SFM、SFZM01和SFZM02电极材料在800℃，10％ H2/N2的气氛下还原2h后的XRD图谱；
[0027]图3是SFM、SFZM01和SFZM02电极材料在800℃，10％ H2/N2的气氛下还原2h后的SEM图；
[0028]图4是SFM、SFZM01和SFZM02电极材料的高倍TEM和对应的mapping图；
[0029]图5是SFM、SFZM01和SFZM02电极材料在800℃，10％ H2/N2的气氛下还原2h后的高倍TEM和对应的mapping图；
[0030]图6是SFM、SFZM01和SFZM02电极材料的氧程序升温脱附；
[0031]图7是SFM、SFZM01和SFZM02的O1s的XPS光谱；
[0032]图8是SFM、SFZM01和SFZM02的TG示意图；
[0033]图9是SFM、SFZM01和SFZM02的CO2程序升温脱附；
[0034]图10是SFM、SFZM01和SFZM02的红外光谱图；
[0035]图11是SFM、SFZM01和SFZM02样品在850℃、50％ CO
‑
CO2气氛下对称电池上获得的ASR对比图以及对应DRT处理；
[0036]图12是SFZM01|LSGM|BSGF电解池在750
‑
850℃温度内以电解池模式的I
‑
V曲线；
[0037]图13是SFM、SFZM01和SFZM02在750
‑
850℃温度内的电解性能对比图；
[0038]图14是在850℃时，SFZM01燃料电极在不同电流密度下的电解CO2的法拉第效率；
[0039]图15是在850℃时，SFZM01电极在
‑
1400mA cm
‑2恒定电流密度、纯CO2气氛下的耐久性测试。
具体实施方式
[0040]此专利技术提供了一种具有优异电化学性能的固体氧化物电解池燃料电极材料Sr2Fe
1.5
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种固体氧化物燃料电极材料，其化学通式为A2B2O6‑
δ
，其特征在于，具体分子式为：Sr2Fe
1.5
‑
x
Zn
x
Mo
0.5
O6‑
δ
，其中δ为氧空位的含量，x＝0.05
‑
0.25，优选0.1
‑
0.2。2.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电极材料，其特征在于，分子式为：Sr2Fe
1.4
Zn
0.1
Mo
0.5
O6‑
δ
。3.权利要求1所述的固体氧化物燃料电极材料的制备方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨广明，刘帅，曹宏伟，杨美婷，冉然，周嵬，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：