一种用于电化学合成过氧化氢的电催化剂及其制备方法、电极及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种用于电化学合成过氧化氢的电催化剂及其制备方法、电极及其制备方法，所述电催化剂的内核为纳米磷化钴和/或纳米二磷化钴，所述电催化剂的外壳为氮磷共掺杂碳，所述电催化剂具有较高的氧还原反应活性和过氧化氢选择性，适合用于作为电化学合成过氧化氢的电催化剂。氢的电催化剂。氢的电催化剂。

【技术实现步骤摘要】
一种用于电化学合成过氧化氢的电催化剂及其制备方法、电极及其制备方法


[0001]本专利技术涉及电催化
，具体而言，涉及一种用于电化学合成过氧化氢的电催化剂及其制备方法、电极及其制备方法。

技术介绍

[0002]双氧水是一种重要的化学品，在工业、医药和环境保护领域具有十分广泛的应用，目前，已经开发出多种制备过氧化氢的方法，例如，蒽醌法、醇氧化法、电解法、氧阴极还原法以及氢氧直接化合法等等。
[0003]近年来，利用氧气电化学方法制备过氧化氢具有较好的优势，越来越引起人们的关注，然而，这种合成方法很大程度上又依赖于催化剂的选择性、活性和稳定性。其中，用贵金属及其合金作为催化剂表现出了较高的氧还原活性和过氧化氢选择性，不幸的是，它们的高成本和小储存量限制了它们作为催化剂进行大规模的应用，因此，开发一种高效的氧气电化学法合成过氧化氢的电催化剂仍然是一亟需解决的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种用于电化学合成过氧化氢的电催化剂及其制备方法，所述电催化剂通过借助石墨化碳层良好的导电性以及高比表面积，以Co
‑
EDTA金属离子螯合物为前驱体高温磷化得到的，所述电催化剂其具有较高的二电子氧还原反应活性和选择性，适合用于作为电化学合成过氧化氢的电催化剂。
[0005]为达到上述目的，本专利技术一方面提供了一种用于电化学合成过氧化氢的电催化剂，电催化剂的内核为纳米磷化钴和/或纳米二磷化钴，所述电催化剂的外壳为氮磷共掺杂碳。
[0006]进一步地，为了得到上述电催化剂，本专利技术提供了上述电催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0007]S1、制备前驱体金属离子螯合物Co
‑
EDTA；
[0008]S2、以前驱体和红磷为原料，采用固相煅烧法制备得到电催化剂。
[0009]进一步地，在本专利技术中，步骤S1还包括以下步骤：
[0010]S1.1、将Na4EDTA和Co(NO3)2·
6H2O加入到去离子水和甲醇的混合溶液中，搅拌1
‑
2小时使其充分混合均匀，其中Na4EDTA和Co(NO3)2·
6H2O的摩尔比为1：1
‑
1.5，去离子水和甲醇的体积比为2
‑
1.5：1；
[0011]S1.2、将S1.1步骤中的混合物加热至150
‑
200℃，保持18
‑
24小时；
[0012]S1.3、将S1.2步骤中得到的悬浊液进行真空抽滤，固体物质在80
‑
100℃下干燥8
‑
12小时，冷却后将固体物质充分研磨至粉磨状，得到前驱体金属离子螯合物Co
‑
EDTA。
[0013]进一步地，在本专利技术中，步骤S2还包括以下步骤：
[0014]S2.1、将前驱体和红磷分别置于两个独立的石英舟内后转移至管式炉内，且装有
红磷的石英舟位于管式炉的上游位置，设定加热温度和时间；
[0015]S2.2、待S2.1中的管式炉冷却后，取出样品溶解于乙醇，超声1
‑
1.5小时，真空抽滤，并用去离子水和乙醇交替洗涤，得到的固体物质在60
‑
100℃下真空干燥8
‑
12小时，冷却后充分研磨得到电催化剂粉末。
[0016]进一步地，在本专利技术中，为了得到CoP@NPC电催化剂，在步骤S2.1中，控制前驱体和红磷的质量比为0.8
‑
1：1，并向管式炉内持续通入氩气，控制氩气的流速为50
‑
100ml/min，管式炉的温度控制在900
‑
1000℃，保温3
‑
4小时。
[0017]进一步地，在本专利技术中，为了得到CoP/CoP2@NPC电催化剂，在步骤S2.1中，控制前驱体和红磷的质量比为0.2
‑
0.4：1，并向管式炉内持续通入氩气，控制氩气的流速为10
‑
40ml/min，管式炉的温度控制在700
‑
800℃，保温3
‑
4小时。
[0018]进一步地，在本专利技术中，为了得到CoP2@NPC电催化剂，在步骤S2.1中，控制前驱体和红磷的质量比为0.5
‑
1:1，管式炉保持真空，管式炉的温度控制在500
‑
600℃，保温3
‑
4小时。
[0019]更进一步地，为了研究上述电催化剂在电化学反应中合成过氧化氢的效果，本专利技术提供了一种电极，所述电极表面涂覆有上述的电催化剂。
[0020]更进一步地，本专利技术提供的电极对过氧化氢的选择性≥80％。
[0021]更进一步地，本专利技术还提供了上述电极的制备方法，包括以下步骤：
[0022]S3.1、将上述电催化剂粉末溶于分散剂中，混合均匀后超声1
‑
2小时后，得到均匀的催化剂油墨，所述分散剂是由异丙醇和水组成的，且异丙醇和水的体积比为1:1
‑
4；
[0023]S3.2、将S3.1步骤中得到油墨滴涂到金属电极上，在室温下干燥。
[0024]本专利技术的有益效果：
[0025]1、本专利技术提供的电催化剂，通过氮磷共掺杂碳层与磷化钴/二磷化钴结合，具有较大的比表面积，提高了磷化钴/二磷化钴的电子传输能力，使电催化剂具有较好的电导率和电化学反应稳定性。
[0026]2、本专利技术提供的电催化剂，由于不同磷化钴组分对催化剂表面碳层的电子态密度的调控，使其具有很好的电化学合成过氧化氢氧还活性和选择性。
[0027]3、本专利技术采用固相煅烧法合成的电催化剂，其合成工艺简单易操作，原料成本低，原料毒性小，对环境友好，可用于工业化批量生产过氧化氢。
[0028]4、本专利技术提供的电极表面涂覆了电催化剂，可以用于电化学反应合成过氧化氢，合成过程对环境友好无污染，且在常温下工作稳定，活性不衰减，能够被用于工业生产过氧化氢。
附图说明
[0029]图1中的a、b、c图分别是本专利技术优选实施例二、实施例四和实施例六制得的电催化剂CoP@NPC、CoP/CoP2@NPC和CoP2@NPC的SEM图；d、e、f图分别是本专利技术优选实施例二、实施例四和实施例六制得的电催化剂CoP@NPC、CoP/CoP2@NPC和CoP2@NPC的TEM图。
[0030]图2是本专利技术优选实施例二、实施例四和实施例六制得的电催化剂CoP@NPC、CoP/CoP2@NPC和CoP2@NPC的XRD图。
[0031]图3是本专利技术实施例七、实施例八和实施例九制得旋转环盘电极的电催化氧还原
线性扫描图和对过氧化氢选择性图。
具体实施方式
[0032]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，应当理解，此处所描述的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于电化学合成过氧化氢的电催化剂，其特征在于，所述电催化剂为核壳结构，所述电催化剂的内核为纳米磷化钴和/或纳米二磷化钴，所述电催化剂的外壳为氮磷共掺杂碳。2.一种如权利要求1所述的电催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、制备前驱体金属离子螯合物Co
‑
EDTA；S2、以前驱体和红磷为原料，采用固相煅烧法制备得到电催化剂。3.根据权利要求2所述的电催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤S1包括以下步骤：S1.1、将Na4EDTA和Co(NO3)2·
6H2O加入到去离子水和甲醇的混合溶液中，搅拌1
‑
2小时使其充分混合均匀，其中Na4EDTA和Co(NO3)2·
6H2O的摩尔比为1：1
‑
1.5，去离子水和甲醇的体积比为2
‑
1.5：1；S1.2、将S1.1步骤中的混合物加热至150
‑
200℃，保持18
‑
24小时；S1.3、将S1.2步骤中得到的悬浊液进行真空抽滤，固体物质在80
‑
100℃下干燥8
‑
12小时，冷却后将固体物质充分研磨至粉磨状，得到前驱体金属离子螯合物Co
‑
EDTA。4.根据权利要求2所述的电催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下步骤：S2.1、将前驱体和红磷分别放置于两个独立的石英舟内后转移至管式炉内，且装有红磷的石英舟位于管式炉的上游位置，设定加热温度和时间；S2.2、待S2.1中的管式炉冷却后，取出样品溶解于乙醇，超声1
‑
1.5小时，真空抽滤，并用去离子水和乙醇交替洗涤，得到的固体物质在60
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：郭锡双，沈行加，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：