【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于无机非金属材料制备，涉及一种高熵钙钛矿氧化物材料，具体涉及一种高熵钙钛矿氧化物材料的制备方法及在固体氧化物燃料电池和氢氧传感器中的应用。
技术介绍
1、固体氧化物燃料电池(sofc)是一种可以在中高温环境下高效、环保地将化学能转换为电能的新型全固态发电器件，其在大型或小型分布式电站、便携式移动能源、航空航天、国防等领域具有广阔的应用前景。在sofc中，阴极是其核心部件之一，阴极的活化损失是其极化损失的重要原因。因此，制备出性能优异的阴极材料，对sofc至关重要。
2、氧传感器一般应用于检测汽车尾气中的氧浓度，在汽车的尾气排放系统中起着重要作用，通过氧传感器检测尾气中的氧浓度并反馈给中枢控制系统，使汽车燃料室中的燃料和氧气都充分燃烧，从而减少尾气中的有害气体。除此之外，氧传感器还在国防航空、冶金、化工、家电、医疗等方面得到了广泛的应用。当前氧传感器的敏感电极材料主要是铂(pt)，而pt是贵金属材料，价格昂贵。因此，开发性能优异且价格低廉的敏感电极材料是当前氧传感器发展的研究热点。
3、高熵钙钛矿氧化物材料由多种活性金属组合，具有协同作用和高熵效应，其丰富的活性位点、高催化活性和高稳定性，使得其在sofc领域应用广泛。然而，高熵钙钛矿氧化物材料构成复杂，且各种元素分布均匀，这就对其制备方法构成了巨大的挑战。
4、固相法一般采用高能球磨的方式，可大批量制备纯相的高熵钙钛矿氧化物材料，但其能耗大，易引入杂质且微观形貌不均一。化学共沉淀法将沉淀剂加入金属盐溶液得到复合氧化物，可获得粒度小且
5、传统的溶胶凝胶法是将金属离子与有机和无机化合物混合在一起，由于络合作用，溶液经过烘干水分进而凝胶固化，再热处理形成氧化物。虽然这样制备的高熵钙钛矿氧化物材料粒度小、混合均匀、易掺杂元素，且反应温度低，容易进行。但传统的溶胶凝胶法不仅过程复杂，而且凝胶制备所需时间长，极大地影响了效率。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术公开提供了一种高熵钙钛矿氧化物材料及其制备方法与应用，具体提供一种新的高熵钙钛矿氧化物材料制备方法，使用本方法制备高熵钙钛矿氧化物材料粉末更加高效便捷，且制备出的粉末纯度高、粒度小、微观多孔。
2、需要说明的是，本专利技术通过采用结合力更强的丙烯酰胺单体共聚体系，强的共价键使溶液直接固化，无需经过漫长的水分烘干，极大缩短了凝胶时间。并且经过引发剂种类以及有机物比例的优化，可以高效便捷的制备出纯相的、粒度小、微观多孔的高熵钙钛矿氧化物材料。
3、为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
4、本专利技术的第一个技术目的是提供一种高熵钙钛矿氧化物材料，所述高熵钙钛矿氧化物材料的分子式为abxbybzbηbθo3或axayazaηaθbo3(x+y+z+η+θ＝1)。
5、具体地化学式：baco0.3fe0.4zr0.1y0.1ni0.1o3-δ(δ代表氧缺陷，由材料所决定，一般在0～0.5之间)。
6、本专利技术的第二个目的是提供一种如上所述的高熵钙钛矿氧化物材料的制备方法，所述方法具体包括如下步骤：
7、a)将可溶性金属盐溶入去离子水中，加入单体、交联剂、引发剂和有机溶剂，搅拌均匀，得到混合物溶液；
8、b)将混合物溶液水浴加热，反应后得到水凝胶；
9、c)将凝胶搅碎，除去水分，得到干凝胶；
10、d)将干凝胶磨碎，得到前驱体粉末；
11、e)将前驱体粉末煅烧，得到高熵钙钛矿氧化物材料。
12、可选地，所述可溶性金属盐为硝酸盐、醋酸盐，所述可溶性金属盐至少包括硝酸镧、硝酸钡、硝酸钴、硝酸铁、硝酸锆、硝酸钇、硝酸镍、乙酸锰、乙酸铬、硝酸锶中的一种或任意两种及以上的组合物；
13、所述单体为丙烯酰胺、丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯中的一种或任意两种及以上的组合物；
14、所述交联剂为n,n-亚甲基双丙烯酰胺；
15、所述引发剂为偶氮二异丁腈、过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠、过氧化苯甲酰、偶氮二异丁基脒盐酸盐中的至少一种；
16、所述有机溶剂为无水乙醇、甲醇、乙二醇、丙二醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、正戊醇、异戊醇中的一种或任意两种及以上的组合物。
17、进一步地，当金属盐中不含fe和cu的金属盐时，所述金属盐中金属离子的物质的量总和与丙烯酰胺、n,n-亚甲基双丙烯酰胺的比例为5:40:4，偶氮二异丁腈0.05g，无水乙醇10ml。
18、进一步地，当金属盐中含fe或cu的金属盐时，所述金属盐中金属离子的物质的量总和与丙烯酰胺、n,n-亚甲基双丙烯酰胺的比例为1:32:2，再加入与fe或cu的金属盐总和相等物质的量的偶氮二异丁腈，并根据偶氮二异丁腈在无水乙醇中的溶解度加入适量能使其溶解的无水乙醇。
19、可选地，所述水浴加热的反应温度为65～100℃，反应时间为0.5～2h。
20、可选地，除去水分采用的方法包括烘干或冻干；其中采用烘干除去水分时，烘干温度为80～250℃，烘干时间为5h以上。
21、可选地，磨碎干凝胶时，采用球磨的方法，球磨的转速为400～870r/min，时间为20min以上。
22、可选地，所述煅烧前驱体粉末的温度及时间由所制备的材料决定；具体地，所述煅烧前驱体粉末的温度为600～1400℃，时间为0.5～10h，升温速率为0.5～5℃/min。
23、本专利技术的第三个技术目的是提供一种如上所述方法制备的高熵钙钛矿氧化物材料在固体氧化物燃料电池和氢氧传感器中的应用。
24、具体地，通过上述方法制备的高熵钙钛矿氧化物材料在sofc阴极和氧传感器敏感电极中的应用。
25、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
26、本专利技术公开的制备方法操作简单便捷，过程能耗小，且制备的高熵钙钛矿氧化物材料粒度小、纯度高、微观形貌好，具有良好的氧还原催化活性。本专利技术极大地提高了材料制备的效率，可广泛应用于固体氧化物燃料电池(sofc)阴极和氢氧传感器敏感电极，是一种优良的高熵钙钛矿氧化物材料的制备方法。
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1.一种高熵钙钛矿氧化物材料，其特征在于，所述高熵钙钛矿氧化物材料的分子式为ABxByBzBηBθO3或AxAyAzAηAθBO3(x+y+z+η+θ＝1)。
2.一种如权利要求1所述的高熵钙钛矿氧化物材料的制备方法，其特征在于，所述方法具体包括如下步骤：
3.根据权利要求2所述的高熵钙钛矿氧化物材料的制备方法，其特征在于，所述可溶性金属盐为硝酸盐、醋酸盐，所述可溶性金属盐至少包括硝酸镧、硝酸钡、硝酸钴、硝酸铁、硝酸锆、硝酸钇、硝酸镍、乙酸锰、乙酸铬、硝酸锶中的一种或任意两种及以上的组合物；
4.根据权利要求3所述的高熵钙钛矿氧化物材料的制备方法，其特征在于，当金属盐中不含Fe和Cu的金属盐时，所述金属盐中金属离子的物质的量总和与丙烯酰胺、N,N-亚甲基双丙烯酰胺的比例为5:40:4，偶氮二异丁腈0.05g，无水乙醇10mL。
5.根据权利要求3所述的高熵钙钛矿氧化物材料的制备方法，其特征在于，当金属盐中含Fe或Cu的金属盐时，所述金属盐中金属离子的物质的量总和与丙烯酰胺、N,N-亚甲基双丙烯酰胺的比例为1:32:2，再加入与Fe或
6.根据权利要求2所述的高熵钙钛矿氧化物材料的制备方法，其特征在于，所述水浴加热的反应温度为65～100℃，反应时间为0.5～2h。
7.根据权利要求2所述的高熵钙钛矿氧化物材料的制备方法，其特征在于，除去水分采用的方法包括烘干或冻干；其中采用烘干除去水分时，烘干温度为80～250℃，烘干时间为5h以上。
8.根据权利要求2所述的高熵钙钛矿氧化物材料的制备方法，其特征在于，磨碎干凝胶时，采用球磨的方法，球磨的转速为400～870r/min，时间为20min以上。
9.根据权利要求2所述的高熵钙钛矿氧化物材料的制备方法，其特征在于，所述煅烧前驱体粉末的温度为600～1400℃，时间为0.5～10h，升温速率为0.5～5℃/min。
10.一种如权利要求1所述的高熵钙钛矿氧化物材料或如权利要求2所述方法制备的高熵钙钛矿氧化物材料在固体氧化物燃料电池和氢氧传感器中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种高熵钙钛矿氧化物材料，其特征在于，所述高熵钙钛矿氧化物材料的分子式为abxbybzbηbθo3或axayazaηaθbo3(x+y+z+η+θ＝1)。
2.一种如权利要求1所述的高熵钙钛矿氧化物材料的制备方法，其特征在于，所述方法具体包括如下步骤：
3.根据权利要求2所述的高熵钙钛矿氧化物材料的制备方法，其特征在于，所述可溶性金属盐为硝酸盐、醋酸盐，所述可溶性金属盐至少包括硝酸镧、硝酸钡、硝酸钴、硝酸铁、硝酸锆、硝酸钇、硝酸镍、乙酸锰、乙酸铬、硝酸锶中的一种或任意两种及以上的组合物；
4.根据权利要求3所述的高熵钙钛矿氧化物材料的制备方法，其特征在于，当金属盐中不含fe和cu的金属盐时，所述金属盐中金属离子的物质的量总和与丙烯酰胺、n,n-亚甲基双丙烯酰胺的比例为5:40:4，偶氮二异丁腈0.05g，无水乙醇10ml。
5.根据权利要求3所述的高熵钙钛矿氧化物材料的制备方法，其特征在于，当金属盐中含fe或cu的金属盐时，所述金属盐中金属离子的物质的量总和与丙烯酰胺、n,n-亚甲基双丙烯酰胺的比例为1:3...
【专利技术属性】
技术研发人员：李一航，戎玉涛，任丛，吴巍炜，刘莉，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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