【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于催化剂，具体涉及一种单分散氧化物纳米粒子在固体氧化物电解池(soec)中的应用。
技术介绍
1、随着世界工业的不断发展，人类对化石燃料的大量消耗导致大气中co2的浓度持续升高，造成温室效应越来越严重，气候变化已经给我们的生活带来了非常严峻的挑战。如何实现co2的资源化利用，是我国环境领域目前面临的主要环境问题之一。与此同时，为减轻环境污染、减少对国外化石能源供给的依赖，逐步调整能源结构并大力发展风电、太阳能、地热能等可再生能源已迫在眉睫。但可再生能源可提供的电能具有季节性、间断性和波动性。因而将不能及时消纳的电能转化为化学能，并以高附加值化学产品的形式储存起来，是可再生能源转化与利用的重要方式之一。在碳减排和能源结构调整背景下，一种能源转化和储存技术---固体氧化物电解池(soec)被提出。该电化学技术工艺可利用间歇式电能和热能进行co2和/或h2o高效电解，并将其以化学能的形式储存在h2、合成气、烃类燃料或o2中。通过这种能源转化技术，不仅可以实现co2高值资源化利用，将其高效电化学转化为高附加值化学品，同时可以为再生能源间歇性输出提供先进的储能方法。因此，soec是助力实现“双碳”目标，并兼具实现可再生间歇式能源体系规模化、清洁化发展的关键技术之一。
2、soec具有电流密度高，法拉第效率高(95％以上)的优势，可在高温(600～850℃)下对co2实现高效电化学还原，并生成高附加值化学品co。由于co2分子本身比较稳定，在整个反应过程中，co2在燃料极的电化学还原为速控步骤。因此，提高燃料极材料的
3、ceo2纳米粒子具有优异的催化性能、较高的表面积以及独特的氧离子电导率和储放氧能力，能够促进反应物的吸附、活化和转化，已成为多种催化反应中的重要材料。而la0.6sr0.4co0.2fe0.8o3-δ(lscf)或(lscm)钙钛矿因其优异的可掺杂能力、抗积碳能力和氧化还原稳定性受到广泛关注，是目前使用最多的传统电极材料。然而，目前对传统电极材料的纳米修饰策略仍具有很大的局限性。当前主流的纳米电极改性技术多集中于水溶液体系浸渍法。面对钙钛矿电极复杂的内部孔道结构，水溶液较高的界面能以及纳米颗粒易团聚问题导致金属盐前驱体或纳米颗粒难以均匀负载到电极孔道中。这种不可控的纳米颗粒分布会使电极孔道内部构筑的三相界面区域不均匀，进而致使新增的电-离子传输通道孤立，或堵塞电极孔道而导致反应气体扩散速率降低，极大影响电解池电极性能与寿命。尽管一些学者考虑添加醇基溶剂、分散剂等添加剂，以降低水溶液界面能、增大粒子间电荷稳定效应或位阻效应来控制纳米颗粒尺寸以及颗粒在电极孔道的分散。然而往往呈现耗时、可控性差、无法普适制备、三相反应活性界面构建效率低等不足，导致电极纳米化尚未广泛用于高性能电池开发，进而限制其在soec领域的应用。针对以上问题，需要对铈改性溶液进行更加精准有效地设计，在克服氧化铈纳米颗粒团聚的同时使溶液获得超低界面能。
技术实现思路
1、针对传统浸渍策略纳米颗粒易团聚、溶液界面能高等问题导致电极中纳米级三相界面精准调控难以实现的问题，本专利技术提供了一种单分散氧化物纳米粒子浸渍改性soec燃料电极策略，并将其用于co2电还原反应；本专利技术方法通过热分解法制备单分散氧化物纳米颗粒正己烷溶液，将单分散氧化物纳米颗粒正己烷溶液滴加到燃料电极上，使其浸入到燃料电极内，干燥后在350-450℃焙烧1-2h后获得氧化物纳米粒子改性燃料电极，将改性燃料电极用于固体氧化物电解池电还原co2中，以提高电还原co2反应催化效率。
2、本专利技术通过热分解法合成单分散氧化铈纳米颗粒正己烷溶液，预合成的单分散氧化铈纳米颗粒正己烷溶液中铈纳米颗粒上包覆表面活性剂，表面活性剂的亲水、亲油基团结构使溶液中铈纳米颗粒在非极性正己烷溶剂中呈单分散状态，具有超低界面能的正己烷溶剂(18j/m2，25℃；而水溶剂为73j/m2，25℃)可使铈纳米颗粒均匀、高效地渗入电极lscf孔道。同时，包裹铈纳米颗粒的表面活性剂通过位阻效应防止颗粒的团聚，并有效保护和阻止铈纳米颗粒在焙烧中的烧结。
3、相比传统水溶液浸渍方法，采用单分散纳米粒子正己烷溶液浸渍，仅单次/两次浸渍焙烧步骤便可促使大面积铈纳米颗粒三相界面区域均匀分散于电极孔道内部，甚至到达靠近电解质界面(最佳活性区域)。最终有效提高电极内部的三相界面活性位点密度，优化其分散性，进而提升电化学反应性能。总之，本专利技术方法在提升电还原co2过程中的电化学性能方面具有显著的技术优势。
4、氧化物纳米粒子在电极上的负载量为0.19-0.56mg/cm2。
5、本专利技术金属氧化物纳米粒子为单分散ceo2纳米粒子，单分散ceo2纳米颗粒正己烷溶液是将硝酸铈铵、1-十八烯、表面活性剂在惰性气氛下搅拌混合后，在175-185℃下处理1.5-2.5小时后，冷却至室温，加入无水乙醇离心3-4次，固液分离后，固体再用无水乙醇洗涤1-2次后，分散于正己烷溶剂中制得。
6、所述表面活性剂为油胺，惰性气氛为n2或ar气。
7、所述离心是用乙醇8000-10000r/min离心5-10min。
8、所述燃料极为钙钛矿材料，钙钛矿材料为la0.6sr0.4co0.2fe0.8o3-δ或la0.75sr0.25cr0.5mn0.5o3-δ，钙钛矿材料为常规市售产品或参照文献“la0.75sr0.25cr0.5mn0.5o3-δ纳米棒的制备及其在sofc阳极中的应用研究”中方法制得。
9、本专利技术具有以下有益效果：
10、通过本专利技术提供策略改性燃料电极，仅单次/两次浸渍焙烧步骤，氧化铈纳米颗粒可均匀渗透到电极孔道内部，甚至到达靠近电解质界面的电极孔中(最佳活性区域)。而传统策略同样负载量浸渍需要5-20次的浸渍焙烧循环。在相同反应条件下，本专利技术的浸渍改性方法展现了更高的电化学性能。表征结果表明，本方法成功制备了单分散ceo2纳米粒子，并且能够有效提升soec电还原co2反应性能。
11、单分散ceo2纳米粒子浸渍策略不仅最大限度地突破传统水溶液浸渍策略中纳米颗粒易团聚、溶液高界面能障碍，实现诸多优势如宏观大面积、纳米颗粒分散均一于一体的纳米级三相界面的精准高效构建，更重要的是，这种基于纳米颗粒外层表面活性剂的“双亲”特性以及位阻效应、非极性溶剂正己烷超低界面能特性的策略，可普适到多种纳米粒子高效大面积浸入不同类型的soe本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种单分散氧化物纳米粒子在固体氧化物电解池中的应用，其特征在于：通过热分解法制备单分散氧化物纳米颗粒正己烷溶液，将单分散氧化物纳米颗粒正己烷溶液滴加到燃料电极上，使其浸入到燃料电极内，干燥后在350-450℃焙烧1-2h后获得氧化物纳米粒子改性燃料电极，将改性燃料电极用于固体氧化物电解池电还原CO2中，以提高电还原CO2反应催化效率。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：金属氧化物纳米粒子为单分散CeO2纳米颗粒。
3.根据权利要求2所述的应用，其特征在于：单分散CeO2纳米颗粒正己烷溶液是将硝酸铈铵、1-十八烯、表面活性剂在惰性气氛下搅拌混合后，在175-185℃下处理1.5-2.5小时后，冷却至室温，加入无水乙醇离心3-4次，固液分离后，固体再用无水乙醇洗涤1-2次后，分散于正己烷溶剂中制得。
4.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：燃料电极为钙钛矿材料电极，钙钛矿材料为La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ或La0.75Sr0.25Cr0.5Mn0.5O3-δ。
【技术特征摘要】
1.一种单分散氧化物纳米粒子在固体氧化物电解池中的应用，其特征在于：通过热分解法制备单分散氧化物纳米颗粒正己烷溶液，将单分散氧化物纳米颗粒正己烷溶液滴加到燃料电极上，使其浸入到燃料电极内，干燥后在350-450℃焙烧1-2h后获得氧化物纳米粒子改性燃料电极，将改性燃料电极用于固体氧化物电解池电还原co2中，以提高电还原co2反应催化效率。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：金属氧化物纳米粒子为单分散ceo2纳米颗粒。
3.根据权利要求...
【专利技术属性】
技术研发人员：罗永明，方淑娟，陈定凯，张少威，何德东，陆继长，张玉，刘江平，曹小华，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：
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