具有可转换氧化态铜的单金属一体化电极及其制备方法和应用方法技术

本发明专利技术提供具有可转换氧化态铜的单金属一体化电极及其制备方法和含硝酸盐水体脱氮上的应用方法，制备时通过电化学诱导自生长的方法，以泡沫铜为前驱体，石墨烯氧化物溶液浸泡、干燥后再进行高温煅烧退火并进行碱溶液处理，得到具有可转换氧化态铜的单金属一体化电极。本发明专利技术提供的纳米催化材料制备的工作电极在环境领域表现出较好的脱氮性能，能够达到接近100％的硝酸盐去除率、接近100％的氮气选择性和长期稳定性，这些性能来源于制备的工作电极具有可氧化态铜(I,II/0,I)、氧空位(O)和一维的纳米线结构，这种结构可以调控中间产物的吸附与还原，从而造就了接近100％的硝酸盐去除率和接近100％的氮气选择性。

【技术实现步骤摘要】
具有可转换氧化态铜的单金属一体化电极及其制备方法和应用方法
本专利技术属于环境水污染治理
，具体涉及具有可转换氧化态铜的单金属一体化电极及其制备方法，以及该电极在含硝酸盐水体脱氮上的应用。
技术介绍
化肥和化石燃料的持续增长导致了世界范围内饮用水的NO3-污染，从而极易引起湖泊、河流和海洋中的藻华。由于NO3-在水中具有无限的溶解性和极高的稳定性，NO3-的修复是目前污染控制和环境保护中最具挑战性的问题之一。在众多反硝化技术中，电催化反硝化技术是一种绿色的高效反硝化技术，而且由于高效纳米催化和可再生能源的快速发展，其成本竞争力越来越强。电催化反硝化可以大大简化操作和维护程序，更重要的是不需要添加处理化学品，如氧化剂、还原剂和凝聚剂。随着纳米技术和纳米材料领域的快速发展，电催化剂取得了分子领域的突破，取得了显著的效果，成为一种很有前途的废水脱氮新兴技术。电催化反硝化的关键难题在于如何保证从NO3-到N2的复杂五电子转移反应过程，简称5-ETR(5-electrontransferreaction)。通过5-ETR将有害的NO3-转化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.具有可转换氧化态铜的单金属一体化电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n1)将泡沫铜切成条状，用乙醇和丙酮洗涤去除表面杂质；/n2)将所述步骤1)中洗涤后得到的泡沫铜载体于室温下干燥后，浸入浓度为0.1mg/mL～10mg/mL的石墨烯氧化物溶液中，浸泡1min～10min后，将所述泡沫铜表面覆盖碳层，转移到恒温烘箱中，在50℃～100℃下干燥1h～10h；/n3)将所述步骤2)得到的泡沫铜载体于氩气气氛下、200℃～500℃的管式炉中煅烧1h～5h，得到C-Cu电极基体；/n4)将所述步骤3)得到的C-Cu电极基体裁剪至1cm×1cm尺寸后，采用超纯水清洗2次～3次，然后置于浓度为...

【技术特征摘要】
1.具有可转换氧化态铜的单金属一体化电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将泡沫铜切成条状，用乙醇和丙酮洗涤去除表面杂质；
2)将所述步骤1)中洗涤后得到的泡沫铜载体于室温下干燥后，浸入浓度为0.1mg/mL～10mg/mL的石墨烯氧化物溶液中，浸泡1min～10min后，将所述泡沫铜表面覆盖碳层，转移到恒温烘箱中，在50℃～100℃下干燥1h～10h；
3)将所述步骤2)得到的泡沫铜载体于氩气气氛下、200℃～500℃的管式炉中煅烧1h～5h，得到C-Cu电极基体；
4)将所述步骤3)得到的C-Cu电极基体裁剪至1cm×1cm尺寸后，采用超纯水清洗2次～3次，然后置于浓度为0.1M～1M浓度的碱溶液中，采用循环伏安法在-1V～+1V电压范围内，进行1圈～400圈的CV扫描，再次采用超纯水清洗2次～3次并干燥后，得到所述具有可转换氧化态铜的单金属一体化电极。


2.根据权利要求1所述的具有可转换氧化态铜的单金属一体化电极的制备方法，其特征在于，所述石墨烯氧化物溶液中石墨烯氧化物的浓度为0.1mg/mL～5mg/mL；
所述石墨烯氧化物水溶液的制备方法，包括以下步骤：
M1：将2g粒径为325目的石墨粉加入含有K2S2O8和P2O5的浓硫酸中，混合均匀后加热到80℃并保持反应体系在80℃回流搅拌5小时，反应完成后将得到的混合物倒入500mL纯水中，搅拌混合后静置，形成沉淀后经0.2μm滤膜过滤，用纯水洗涤过滤得到的沉淀后自然晾干，得到预氧化石墨；
M2：将所述步骤M1得到的所述预氧化石墨加入到120mL冰浴状态下的浓硫酸中，然后于4℃～6℃下缓慢加入25gKMnO4并不断搅拌，然后于35℃下继续搅拌4h，然后缓慢加入250ml去离子水并于50℃以下的温度下继续化学反应至完成；
M3：向所述步骤M2得到的混合物中加入1L去离子水后，再逐滴缓慢加入30mL质量分数为30％的过氧化氢溶液，充分搅拌反应完成后用1L体积比为1:10的稀盐酸洗涤沉淀，以去除未反应的KMnO4，再用1L去离子水洗涤去除残留的稀盐酸；
M4：将所述步骤M3得到的混合物过滤，得到氧化石墨烯氧化物固体，采用去离子水将其溶解，配置成质量分数为0.5％的石墨烯氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：王颖，李风亭，封涛，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31