一种烧绿石型氮掺杂多元金属氧化物的制备方法

摘要

本发明涉及多元金属氧化物制备，旨在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：将Ce3+盐溶于溶剂中，然后加入配体混匀，获得溶液A；在常温和搅拌条件下，向溶液A中依次加入Fe3+盐、Cr3+盐、Al3+盐，最后加入La3+盐或Y3+盐；然后升温至95℃，在搅拌条件下反应35min，获得溶液B。将溶液B移至恒温烘箱中，在160～180℃下继续反应8～12h；洗涤、离心、烘干后，得到产物。与传统烧绿石型氧化物的固相烧结温度相比，本发明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；无需高昂生产设备、控制系统和加热能源，对于环保型生产具有重要的现实意义。制备步骤简单易行，大大简化工艺条件，有利于实现大规模生产。

说明书

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