一种烧绿石型氮掺杂多元金属氧化物的制备方法
文献发布时间:2023-06-19 13:49:36
技术领域
本发明涉及多元金属氧化物制备技术,具体涉及一种烧绿石型氮掺杂多元金属氧化物及其制备方法。
背景技术
烧绿石结构氧化物具有独特的晶体结构,并在晶格中存在很多的功能性替位,因此在电、热、磁和催化等方面具有很多优异的性能。
烧绿石型A
发明内容
本发明要解决的技术问题是,克服现有技术中的不足,提供一种烧绿石型氮掺杂多元金属氧化物及其制备方法。
为解决技术问题,本发明的解决方案是:
提供一种烧绿石型氮掺杂多元金属氧化物的制备方法,包括以下步骤:
(1)按Ce
(2)将Ce
(3)在常温和搅拌条件下,向溶液A中依次加入Fe
(4)将溶液B移至恒温烘箱中,在160~180℃下继续反应8~12h;
(5)将步骤(4)所得反应产物分别用乙醇和去离子水洗涤3遍后,离心、烘干处理;所得固体产物即烧绿石型氮掺杂多元金属氧化物。
作为优选方案,所述各金属盐分别为:CeCl
作为优选方案,所述溶剂是异丙醇、甲醇或乙二醇中的任意一种。
作为优选方案,所述配体是2-甲基咪唑、柠檬酸或环六亚甲基四胺中的任意一种。
作为优选方案,所述步骤(2)中,金属盐的总量与配体的摩尔比为1∶3~6。
作为优选方案,所述步骤(5)中离心处理时,离心机的转速为5000转/min。
作为优选方案,所述步骤(5)中烘干处理时,将离心处理所得固体产物放在恒温干燥箱中,在60℃下烘干24h。
发明原理描述:
(1)金属阳离子溶于水后会发生水解,生成羟基水合离子。水解速率大致遵循Fe
(2)高氧化态的金属阳离子的水解,容易形成相应金属氧化物的水合物。例如,Ce
(3)加入二甲基咪唑可促使溶液的pH上升,相当于在水解溶液中加入OH
(4)水热过程是促进水解的另一大动力。
首先在溶剂中加入Ce
(5)本发明中,向Ce
与现有技术相比,本发明的有益效果在于:
(1)与传统烧绿石型氧化物的固相烧结温度相比,本发明的制备工艺中的反应温度至少降低了800℃,且所获产品具有同样优异的导电性能、电催化性能;因此,本发明所提供的基于全新的超低温制备工艺,无需价格更为高昂的生产设备、控制系统和加热能源,对于环保型生产而言具有非常重要的现实意义。
(2)本发明无需单独调节反应体系的pH值,反应温和、工艺简单、产物粒径小、分布均匀,获得的烧绿石型氮掺杂多元金属氧化物是单一相。
(3)步骤简单易行,可以大大简化工艺条件,有利于实现大规模生产。
附图说明
图1是本发明实施例1所制备样品的扫描电镜图;
图2是本发明实施例2所制备样品的扫描电镜图。
图3是本发明实施例1和实施例2所制备样品的X射线衍射图。
图4是本发明实施例1所制备样品的能谱图。
图5是本发明实施例2所制备样品的能谱图。
具体实施方式
下面通过具体实施例描述本发明的实现过程。
实施例1
(1)分别称取Fe(NO
(2)首先将Ce(NO
(3)将溶液A置于常温(25℃)搅拌15min,分别依次加入Fe(NO
(4)将溶液B倒入50ml反应釜,转移至恒温烘箱,180℃,反应12h。
(5)将所得产物,用乙醇和去离子水分别洗涤3遍,离心机以5000转/min转速进行离心。最后把离心产物放置恒温干燥箱,60℃烘干24h,获得烧绿石型氮掺杂的多元金属氧化物(Fe
图1是实施例1所制备样品的扫描电镜图。从图中可以看出,样品的形貌为纳米级尺寸均一的珊瑚状。图4是实施例1所制备样品的能谱图。结果表明,样品中氮的原子比为2.78%,其主要来源于配体2-甲基咪唑。样品的元素组成为O,N,Al,Cr,Fe,Y,Ce,并且各金属元素的原子比相差不大,分别为7.17%,5.34%,6.06%,7.3%,5.13%。
实施例2
(1)分别称取Fe(NO
(2)首先将Ce(NO
(3)将溶液A置于常温(25℃)搅拌15min,分别依次加入Fe(NO
(4)将溶液B倒入50ml反应釜,转移至恒温烘箱,180℃,反应12h。
(5)将所得产物,用乙醇和去离子水分别洗涤3遍,离心机以5000转/min转速进行离心。最后把离心产物放置恒温干燥箱,60℃烘干24h,获得烧绿石型氮掺杂的多元金属氧化物(Fe
图2是实施例2所制备样品的扫描电镜图。从图中可以看出,样品的形貌为纳米级尺寸均一的珊瑚状。图3是实施例1和2所制备样品的X射线衍射图。结果表明,实施例1和实施例2所制备样品的物相结构相同,且与具有烧绿石结构的La
实施例3
(1)分别称取FeCl
(2)首先将Ce(NO
(3)将溶液A置于常温(25℃)搅拌15min,分别依次加入FeCl
(4)将溶液B倒入50ml反应釜,转移至恒温烘箱,160℃,反应10h。
(5)将所得产物,用乙醇和去离子水分别洗涤3遍,离心机以5000转/min转速进行离心。最后把离心产物放置恒温干燥箱,60℃烘干24h,获得烧绿石型氮掺杂的多元金属氧化物(Fe
实施例4
(1)分别称取Fe(NO
(2)首先将CeCl
(3)将溶液A置于常温(25℃)搅拌15min,分别依次加入Fe(NO
(4)将溶液B倒入50ml反应釜,转移至恒温烘箱,170℃,反应8h。
(5)将所得产物,用乙醇和去离子水分别洗涤3遍,离心机以5000转/min转速进行离心。最后把离心产物放置恒温干燥箱,60℃烘干24h,获得烧绿石型氮掺杂的多元金属氧化物(Fe
物理化学性能分析结果:
根据电化学阻抗谱,对本发明实施例1-4和现有产品La
表1实施例1-4和La
产品应用示例
将本发明中烧绿石型氮掺杂多元金属氧化物用于电催化析氧反应,具体示例如下:
将实施例1和2制备的样品,分别称取5mg,分散在150ul水、350ul乙醇和50ulNafion溶液的混合溶液中,超声分散20min。取100ul上述溶液滴加在1cm×1cm大小经过丙酮,2M HCl溶液和去离子水清洗过的泡沫镍上,作为工作电极。Pt为对电极,Ag/AgCl为参比电极,采用三电极反应装置,在1M KOH溶液电解液中分解水产氧。
表2实施例1,2和La
从表1和表2的结果可以看出,利用本发明提供的方法所制备的样品与现有烧绿石结构的La
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- 碳掺杂烧绿石型光催化剂及其制备方法