本发明专利技术提供的是一种不含金属的硫掺杂碳材料过氧化氢电还原催化剂及制备方法。按照质量比为5～6:95～94的比例将苄基二硫和碳材料放入足量的乙醇中，超声0.5-1h，离心去上层物质后在50-60℃真空干燥5-6h形成固体粉末，将固体粉末放入高温炉中氮气保护下在800-900℃反应7-8h，氮气保护下冷却至室温得到硫掺杂碳材料过氧化氢电还原催化剂。本发明专利技术以硫取代碳形成S-C键，形成了H2O2电还原的活性中心。原料来源广，价格低。不仅电化学活性高，而且稳定性好，抗毒化能力强。可抑制H2O2水解反应的发生，减少了氧气的产生。大大提高H2O2的电氧化性能和利用率。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供的是一种。按照质量比为5～6:95～94的比例将苄基二硫和碳材料放入足量的乙醇中，超声0.5-1h，离心去上层物质后在50-60℃真空干燥5-6h形成固体粉末，将固体粉末放入高温炉中氮气保护下在800-900℃反应7-8h，氮气保护下冷却至室温得到硫掺杂碳材料过氧化氢电还原催化剂。本专利技术以硫取代碳形成S-C键，形成了H2O2电还原的活性中心。原料来源广，价格低。不仅电化学活性高，而且稳定性好，抗毒化能力强。可抑制H2O2水解反应的发生，减少了氧气的产生。大大提高H2O2的电氧化性能和利用率。【专利说明】不含金属的硫掺杂碳材料过氧化氢电还原催化剂及制备方 法
本专利技术涉及一种过氧化氢电还原催化剂。本专利技术还涉及一种过氧化氢电还原催化 剂的制备方法。
技术介绍
H202作为氧化剂的燃料电池，具有电化学活性高，易于储存、运输和操作等优点，可 在空间或者水下等无氧环境代替02，尤其是在几种有代表性的低温燃料电池中的研究更是 成为当下的研究热点。利用过氧化氢取代氧气作为氧化剂具有以下优点：氧气还原是一个 4电子过程，动力学速率慢，而过氧化氢的还原是一个2电子过程，具有较低的活化过电势， 因此具有更快的反应动力学速率；过氧化氢常温下是液体，储存运输方便，特别适合空间、 水下等无氧环境；液相进料使得以过氧化氢为氧化剂的燃料电池在操作过程中不需要润湿 过程，因此燃料电池结构更简单，体积功率密度更大。在碱性电解液中过氧化氢作为阴极氧 化剂可以发生以下还原反应： 碱性介质：H202+2e = 20W (1) 目前，用于过氧化氢电还原催化剂主要有：（1)贵金属及其合金；（2)过渡金属氧 化物，如四氧化三钴、偏钴酸镍等；(3)过渡金属的大环化合物，如铁卟啉、普鲁士蓝、酞菁 钴。无论是贵金属，过渡金属氧化物，还是过渡金属的大环化合物催化剂，H202的电还原催 化剂，都有一定组分的贵金属或过渡金属存在。也可以说，H202的电还原催化剂的主要成分 为贵金属或过渡金属。贵金属或过渡金属催化剂都存在两个问题，一是电还原性能不佳，二 是水解为氧气逸出，参见（2)式。这导致了 H202电还原性能低和利用率低的问题。 2H202 = 2H20+02 (2) 可参阅 Kui Cheng, Dianxue Cao, Fan Yang, Yang Xu, Gaohui Sun, Ke Ye, Jinling Yin, Guiling Wang. Facile synthesis of morphology-controlled Co304nanostructures through sol vothermal method with enhanced catalytic activity for I^C^electroreduction. Journal of Power Sources, 2014, 253:214-223,以及程魁,杨帆, 闻鹏，曹殿学，殷金玲，王贵领.Co304纳米片的制备及对H20 2电还原反应的催化性能. 高等学校化学学报，2014，35(1) : 110-114。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种能提高H202的电氧化性能和利用率的不含金属的硫 掺杂碳材料过氧化氢电还原催化剂。本专利技术的目的还在于提供一种不含金属的硫掺杂碳材 料过氧化氢电还原催化剂的制备方法。 本专利技术的不含金属的硫掺杂碳材料过氧化氢电还原催化剂由质量比为5? 6:95?94的节基二硫和碳材料制成。 所述的碳材料为碳纳米管、石墨烯、多孔炭及它们的混合物，优选为碳纳米管。 本专利技术的不含金属的硫掺杂碳材料过氧化氢电还原催化剂的制备方法为：按照质 量比为5?6:95?94的比例将苄基二硫和碳材料放入足量的乙醇中，使乙醇将苄基二硫 和碳纳米管覆盖，超声0. 5-lh,离心去上层物质后在50-60°C真空干燥5-6h形成固体粉末， 将固体粉末放入高温炉中氮气保护下在800-900°C反应7-8h，氮气保护下冷却至室温得到 硫掺杂碳材料过氧化氢电还原催化剂。 也可以将Pd、Au等贵金属；Co、Ni等非贵金属复合于所得带的硫掺杂碳材料过氧 化氢电还原催化剂，形成硫掺杂碳纳米管衍生的催化剂。 碳纳米管是一种具有特殊结构的一维量子材料，主要由呈六边形排列的碳原子组 成的数层到数十层的同轴圆管构成。以硫取代部分六边形排列的碳原子，形成S-C键，改变 了碳纳米管电子的自旋密度分布和电荷密度分布。S-C键形成了 h2o2电还原的活性中心， 催化发生（1)式的电还原反应。由于没有贵金属或过渡金属的存在，可抑制（2)式H202水 解反应的发生，减少了氧气的产生。大大提高了 h202的电氧化性能和利用率。 硫掺杂碳纳米管形成S-C键，不仅催化了对H202的电催化反应，又减少了氧气的逸 出，提高了 h202的利用率。本专利技术的实质是在以h2o2为氧化剂的燃料电池阴极催化剂的基 础上，通过硫掺杂碳纳米管催化剂的使用，加大了对h2o2的电化学还原活性，提高了 h2o2阴 极的放电性能，抑制了氧气的逸出。 本专利技术的优点在于采用硫掺杂碳纳米管催化剂，首先以硫取代碳形成S-C键，形 成了 h2o2电还原的活性中心。其次，硫掺杂碳纳米管催化剂来源广，价格低。第三，硫掺杂 碳纳米管催化剂不仅电化学活性高，而且稳定性好，抗毒化能力强。最后，由于没有贵金属 或过渡金属的存在，可抑制h2o2水解反应的发生，减少了氧气的产生。大大提高了 h2o2的电 氧化性能和利用率。 【具体实施方式】 下面举例对本专利技术做更详细的描述。 按照质量比为6:94的比例将苄基二硫和碳纳米管放入足量的乙醇中，使乙醇将 苄基二硫和碳纳米管覆盖，超声0. 5-lh，离心去上层物质后在50-60°C真空干燥5-6h形成 固体粉末，将固体粉末放入高温炉中氮气保护下在800-900°C反应7-8h，氮气保护下冷却 至室温得到硫掺杂碳纳米管过氧化氢电还原催化剂。用石墨烯或多孔炭代替碳纳米管，同 样可以得到相应的硫掺杂碳材料过氧化氢电还原催化剂。 为了更好地说明本专利技术的效果，下面以具体实例加以说明。 实施例1 以硫掺杂碳纳米管涂覆于玻碳电极为工作电极，碳棒为对电极，以Ag/AgCl为参 比电极，在2mol/L的NaOH和0. 40mol/L的H202白勺溶液中，-0. 4V vs. Ag/AgCl的电压下，运 行10000S后，计时电流密度达4. 8mA/cm2。H202电还原过程中未见气泡逸出。 实施例2 利用以硫掺杂碳纳米管涂覆于碳布作为H202直接电还原的阴极，以3mol/L的Κ0Η 作为阴极电解液；Nafin-115质子交换摸作为隔膜；以泡沫镍上负载的纳米Pt为阳极，以 3mol/L的Κ0Η为阳极电解质溶液，lmol/L的硼氢化钠为燃料；当氏02浓度为0. 6mol/r\K0H 浓度为311101/171时电池的最大功率密度为65mW/cm_2。H20 2电还原过程中未见气泡逸出。【权利要求】1. 一种不含金属的硫掺杂碳材料过氧化氢电还原催化剂，其特征是由质量比为5? 6:95?94的节基二硫和碳本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种不含金属的硫掺杂碳材料过氧化氢电还原催化剂，其特征是由质量比为5～6:95～94的苄基二硫和碳材料制成。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王贵领，王滨，刘继军，曹殿学，蔡庄，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23
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