应用于双电子氧还原反应的c-WO3纳米材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种应用于双电子氧还原反应的c

【技术实现步骤摘要】
应用于双电子氧还原反应的c
‑
WO3纳米材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种应用于双电子氧还原反应的c
‑
WO3纳米材料及其制备方法，属于双电子氧还原反应


技术介绍

[0002]H2O2是一种高效且环境友好的氧化剂，具有很强的漂白能力和氧化能力，有着巨大的应用价值。然而H2O2的生产是通过比较单一且为间接合成的较为复杂蒽醌法制备。据报道有少数的贵金属对H2O2的催化表现出较为理想的选择性。通过电化学氧还原反应(ORR)促进H2O2的生产是理想的制备方法，该过程主要是一个二电子转移的过程，极少数的贵金属如Pt、Pd和Au等表现出对H2O2良好的催化活性，但贵金属储备量少、价格昂贵限制了其大规模的工业化，双电子电化学氧还原(2e
‑
ORR)为H2O2的生产提供了一条很有前景的替代路线，该途径可以有效的解决大部分直接合成和间接蒽醌合成路线存在的相关问题。因此开发对H2O2具有良好催化效益的贵金属替代品引起了广泛关注。目前最活跃的催化剂是基于铂族金属的反应，由于缓慢的ORR动力学过程，这些催化剂仍然遭受相当大的能量损失。同时，由于贵金属元素的稀缺性、高成本限制其更大规模的研究与应用。近几年过渡金属单原子催化剂，过渡金属硫化物和无机非贵金属碳基催化剂引起了人们的广泛关注，并且在2e
‑
ORR制备过氧化氢中表现出巨大的潜力。例如，掺杂O、N、F、B等的石墨烯和碳纳米管已经得到了相当广泛的应用，其中可以嵌入一系列过渡金属原子(如Co、Ni、Fe、Mn、Cu等)，产生稳定的单原子催化剂。单原子催化剂由于其活性金属位点分散特性(以单原子的形式分散)逐渐成为研究的热点，通过提高原子利用率从而提高质量活性，单原子催化剂原子位点的隔离使得其吸附O2通常采用端吸附而不是侧吸附，降低了O
–
O断裂的可能性。M
‑
N
‑
C(M表示过渡金属元素包括Fe、Mn、Co、Ni和Cu等)单原子催化剂是原子级金属阳离子分散的氮掺杂碳基材料，表现出高H2O2选择性和低H2O2还原反应活性。
[0003]过渡金属基催化剂因其环境友好、储备量大，热稳定性好，成本低等特点而成为替代贵金属催化剂的有前途的材料。过渡金属氧化物的研究可以追溯到半个世纪以前，从块状或电沉积薄膜到2D纳米结构和3D纳米结构过渡到中空多孔结构的材料，为电催化领域开发可替代贵金属催化剂提供了新的思路与途径。但不幸的是，过渡金属基催化剂对过氧化氢的选择性和催化活性不如Pt，这使得我们需要进一步去调节过渡金属氧化物之间的电子云密度，活性位点的暴露来进一步提高过氧化氢的生产能力。

技术实现思路

[0004]针对上述现有技术存在的问题及不足，本专利技术提供一种应用于双电子氧还原反应的c
‑
WO3纳米材料及其制备方法。本专利技术从晶体结构上改变过渡金属氧化物的电催化活性和选择性，并且制备了优异的c
‑
WO3催化剂应用于2e
‑
ORR制备过氧化氢。该制备的c
‑
WO3纳米催化剂应用于2e
‑
ORR反应，并且在0.1M KOH条件下对过氧化氢的生产具有高选择性、活性和长期的稳定性。本专利技术通过以下技术方案实现。
[0005]一种应用于双电子氧还原反应的c
‑
WO3纳米材料，该WO3纳米催化剂晶体结构如下：
[0006][0007]其中各个顶点位置代表氧原子，大体积的代表金属钨原子。
[0008]一种应用于双电子氧还原反应的c
‑
WO3纳米材料的制备方法，其具体步骤：
[0009]步骤1、将钨酸铵和柠檬酸一水合物按照质量比为10：1混合均匀，加入去离子水，超声分散均匀后，搅拌并且缓慢加入硝酸直到溶液完全变为黄色，搅拌24
‑
36h后，过滤后在烘箱中70℃干燥得到固体材料；
[0010]步骤2、将步骤1得到的固体材料在200
‑
220℃下煅烧12
‑
18h得到灰黑色的c
‑
WO3纳米催化剂。
[0011]所述钨酸铵与去离子水的固液比为1：30g/mL。
[0012]所述硝酸为质量百分比65％
‑
68％的浓硝酸，硝酸缓慢加入速率为3
‑
5mL/min。
[0013]一种应用于双电子氧还原反应的c
‑
WO3纳米材料能应用在双电子氧还原过程制备过氧化氢。
[0014]上述柠檬酸一水合物为表面活性剂和稳定剂。
[0015]上述c
‑
WO3纳米材料能应用在双电子氧还原反应过程，电极制备方法如下：在10mg的c
‑
WO3催化剂里添加在50μL 5％的Nafion溶液和950μL的去离子水，随后水浴超声处理分散均匀成悬浮液；然后将5μL悬浮液滴加到盘面积为0.2475cm2的RRDE玻碳电极上的盘电极表面；测量前将电极在室温下自然干燥；所述催化剂的含量为0.2mg/cm2。过氧化氢的产率进一步测量是通过将50μL悬浮液滴加到经过表面清洁处理的1*3cm2碳纸上，催化剂均匀负载在面积为1cm2碳纸上。然后在含有25ml电解液的双室H型电解池中进行电解实验。
[0016]本专利技术的有益效果是：
[0017](1)本专利技术制备新型过渡金属氧化物c
‑
WO3纳米材料催化剂。
[0018](2)本专利技术制备的过渡金属氧化物c
‑
WO3纳米材料催化剂在0.1M KOH条件下对过氧化氢的生成具有较高的选择性和催化活性，并且保持良好的稳定性。
附图说明
[0019]图1是本专利技术实施例1制备得到的c
‑
WO3纳米材料催化剂XRD衍射图谱；
[0020]图2是对比实施例1制备得到的h
‑
WO3纳米材料的XRD衍射图谱；
[0021]图3是对比实施例2制备得到的γ
‑
WO3纳米材料的XRD衍射图谱；
[0022]图4是本专利技术实施例1制备得到的c
‑
WO3纳米材料催化剂在5um和500nm下的场发射扫描电镜FESEM图；
[0023]图5是对比实施例1制备得到的h
‑
WO3纳米材料在5um和500nm下的场发射扫描电镜FESEM图；
[0024]图6是对比实施例2制备得到的γ
‑
WO3纳米材料在5um和500nm下的场发射扫描电镜FESEM图；
[0025]图7是本专利技术实施例1制备得到的c
‑
WO3纳米材料样品在5nm下的高分辨透射电镜(HRTEM)图图。
[0026]图8是对比实施例1制备得到的h
‑
WO3纳米材料样品在5nm下的高分辨透射电镜(HRTEM)图图。
[0027]图9是对比实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应用于双电子氧还原反应的c
‑
WO3纳米材料，其特征在于：该WO3纳米催化剂晶体结构如下：，其中各个顶点位置代表氧原子，大体积的代表金属钨原子。2.一种根据权利要求1所述的应用于双电子氧还原反应的c
‑
WO3纳米材料的制备方法，其特征在于包括以下具体步骤：步骤1、将钨酸铵和柠檬酸一水合物按照质量比为10：1混合均匀，加入去离子水，超声分散均匀后，搅拌并且缓慢加入硝酸直到溶液完全变为黄色，搅拌24
‑
36h后，过滤并且在烘箱70℃干燥得到固体材料；步骤2、将步骤1得到的固体材料在200
‑
220℃下煅烧12
...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡觉，江浩，张利波，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：