納米La-,1-x-Sr-,x-MnO-,3-材料制備和性能研究.pdf

1、氧還原催化劑是金屬空氣電池和電化學(xué)制氧空氣電極的核心材料.本文用溶膠凝膠法制備了高性能納米La<,1-x>Sr<,x>MnO<,3>鈣鈦礦型氧化物催化劑,對材料制備技術(shù)及應(yīng)用性能進行了研究.研究了溶膠凝膠制備工藝中pH值、水浴溫度、凝膠干燥方法和燒結(jié)方式對納米La<,1-x>Sr<,x>MnO<,3>晶體結(jié)構(gòu)影響,確定催化劑最佳制備工藝為:金屬離子與檸檬酸的摩爾比為1:2,溶于150ml蒸餾水中,初始溶液pH值為0.5,制備成溶膠,在8

2、0℃恒溫水浴中蒸發(fā)5.5h得到濕凝膠,真空100℃下干燥10h得到干凝膠,最后在700℃燒結(jié)3h,得到催化劑樣品.經(jīng)透射電鏡觀察,催化劑樣品平均粒徑為20~50nm.通過超聲波分散法使軟團聚狀態(tài)的納米La<,1-x>Sr<,x>MnO<,3>分散,并均勻負載在活性炭載體上,提高材料的利用率.并通過電極熱處理工藝,明顯提高電極孔隙率、改善三相界面,提高了催化性能.采用穩(wěn)態(tài)極化曲線測試方法研究Sr的摻雜對La<,1-x>Sr<,x>MnO<

3、,3>催化性能的影響.發(fā)現(xiàn)Sr的摻雜可使LaMnO<,3>結(jié)構(gòu)發(fā)生畸變,其晶體中氧空位(Vo)濃度、Mn<'4+>/Mn<'3+>比例和La<,1-x>Sr<,x>MnO<,3>順磁性的變化是影響La<,1-x>Sr<,x>MnO<,3>催化性能的主要因素.研究結(jié)果表明:La<,1-x>Sr<,x>MnO<,3>催化性能隨Sr摻雜量的增加先增大后減小,當(dāng)x=0.4時催化性能最強,在常溫堿性電解液中,-200mV極化電壓下,電流密度達到3

4、24mA/cm<'2>.研究認為在電極中有兩個反應(yīng)過程:一是,La<,1-x>Sr<,x>MnO<,3>中的氧空位將氧氣還原為過氧氫根離子,Mn<'4+>/Mn<'3+>還原過氧氫根離子為氫氧根離子;二是,高比表面積的活性炭還原氧氣為過氧氫根離子,然后過氧氫根離子被La<,1-x>Sr<,x>MnO<,3>還原為氫氧根離子.通過活性炭和La<,1-x>Sr<,x>MnO<,3>聯(lián)合催化,完成氧氣還原的二電子反應(yīng)歷程,實現(xiàn)了氧氣的四電子轉(zhuǎn)