炭基电催化剂与TS-1热催化剂串联的方法及其在电催化氧还原原位制环氧丙烷中的应用技术

本发明专利技术提供一种炭基电催化剂与TS

【技术实现步骤摘要】
炭基电催化剂与TS
‑
1热催化剂串联的方法及其在电催化氧还原原位制环氧丙烷中的应用


[0001]本专利技术属于涉及电催化
，涉及一种炭基电催化剂与TS
‑
1热催化剂串联的方法及其在电催化氧还原原位制环氧丙烷中的应用。

技术介绍

[0002]环氧丙烷是塑料工业中最重要的原料之一，用于生产聚氨酯、聚酯纤维和丙二醇等大宗化学品。在工业上，环氧丙烷一般通过氯醇法、共氧化法生产，虽然具有产品成本较低等优点，但依然存在副产物多，工艺流程繁琐，以及产生大量废水废渣构成的环境风险。近年来，过氧化氢直接氧化法(HPPO法)受到广泛关注，该工艺以过氧化氢(H2O2)作为氧化剂、钛硅分子筛TS
‑
1作为催化剂催化环氧化丙烯制环氧丙烷，生产过程中只生成环氧丙烷和水，工艺流程简单，环氧丙烷收率高，且环境友好。然而，氧化剂H2O2的大规模生产以多步蒽醌工艺为主，能耗大，有机废物多，难以现场生产，且高浓度H2O2的贮存和运输存在高成本、高风险。因此，为了避免或解决上述问题，HPPO法需要进一步的发展。
[0003]近年来，电催化氧还原反应(ORR)通过两电子转移过程合成H2O2引起了学术界和工业界的广泛关注。与传统的蒽醌工艺相比，其优点是反应条件温和，可再生电力为驱动不排放CO2，以空气和水为反应原料，所以更符合绿色化工的要求。在电催化ORR中，电催化剂是反应的关键。目前，贵金属是电催化ORR产H2O2性能最优的电催化剂，但贵金属昂贵的价格、稀缺性以及对酸性和碱性环境的耐受性较差限制了其实际应用的可能性。然而，炭材料由于具有较大的比表面积、资源丰富、耐酸碱及高导电性受到了越来越多的关注，并被认为是很有前途和潜力的贵金属替代品。但纯炭基催化剂的电催化活性普遍较低，需要对炭材料进行改性来增加催化活性。现有技术中，炭基催化剂的ORR活性和H2O2选择性还有待进一步提高。

技术实现思路

[0004]针对以上问题，本专利技术的目的是为了实现电催化氧还原原位制备环氧丙烷，而探索电催化剂与热催化剂的串联以及电催化反应与热催化反应的耦合工程，将氧还原原位产生的H2O2应用于丙烯环氧化生产环氧丙烷，此外，本专利技术还制备了高活性、高选择性的氧还原产H2O2的炭基催化剂。
[0005]为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0006]一种炭基电催化剂与TS
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1热催化剂串联的方法，包括将TS
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1热催化剂与炭基电催化剂按不同顺序先后涂覆在阴极集流体一侧，或将炭基催化剂与TS
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1热催化剂混合均匀后涂覆到阴极集流体一侧，得到单侧覆盖催化剂的电极片。
[0007]所述将TS
‑
1热催化剂与炭基电催化剂按不同顺序先后涂覆在阴极集流体一侧，包括在阴极集流体一侧涂覆炭基电催化剂，在炭基电催化剂表面涂覆TS
‑
1热催化剂，优选地，所述TS
‑
1热催化剂的面积小于炭基电催化剂的面积，进一步地，所述炭基电催化剂的面积
为0.5*1～1.5*1cm2，TS
‑
1热催化剂的面积为0.25*1～1*1cm2；或在阴极集流体一侧涂覆TS
‑
1热催化剂，在TS
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1热催化剂表面涂覆炭基电催化剂。
[0008]一种炭基电催化剂与TS
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1热催化剂串联的方法，包括将炭基催化剂与TS
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1热催化剂混合均匀后涂覆到阴极集流体两侧，或将TS
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1热催化剂与炭基电催化剂按不同的顺序先后涂覆在阴极集流体两侧，或将炭基电催化剂与TS
‑
1热催化剂分别涂覆到阴极集流体两侧，得到双侧覆盖催化剂的电极片。
[0009]所述炭基电催化剂与TS
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1热催化剂不同顺序先后涂覆在阴极集流体两侧，包括先在阴极集流体的两侧涂覆炭基电催化剂，然后在炭基电催化剂表面涂覆TS
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1热催化剂，优选地，阴极集流体每侧的TS
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1热催化剂的面积小于炭基电催化剂的面积，进一步地，阴极集流体每侧的炭基电催化剂的面积为0.5*1～1.5*1cm2，TS
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1热催化剂的面积为0.25*1～1*1cm2；或先在阴极集流体的两侧涂覆TS
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1热催化剂，然后在TS
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1热催化剂表面涂覆炭基电催化剂。
[0010]所述炭基电催化剂与TS
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1热催化剂质量比为0.5:1
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1:10；炭基催化剂与TS
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1热催化剂混合时，优选地，所述炭基电催化剂与TS
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1质量比为1:10。
[0011]所述单侧覆盖催化剂的电极片的制备方法包括如下步骤：将炭基电催化剂与TS
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1热催化剂单独分散在去离子水、乙醇和5wt％的Nafion溶液的混合溶剂中，按照不同顺序依次涂于阴极集流体一侧，干燥，或将炭基电催化剂与TS
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1热催化剂混合，充分研磨后，经超声均匀分散在去离子水、乙醇和5wt％的Nafion溶液的混合溶剂中，得到均匀的催化剂浆液，再将催化剂浆液滴涂在阴极集流体一侧，干燥。
[0012]所述双侧覆盖催化剂的电极片的制备方法包括如下步骤：将炭基电催化剂与TS
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1热催化剂混合，充分研磨后，经超声均匀分散在去离子水、乙醇和5wt％的Nafion溶液的混合溶剂中，得到均匀的催化剂浆液，再将催化剂浆液滴涂在阴极集流体两侧，干燥；或分别将炭基电催化剂与TS
‑
1热催化剂单独分散在去离子水、乙醇和5wt％的Nafion溶液的混合溶剂中，按照不同顺序依次涂于阴极集流体两侧或分别涂于阴极集流体两侧，干燥。
[0013]所述阴极集流体为碳纸、碳布或碳毡。
[0014]所述炭基电催化剂为过渡金属单原子掺杂的炭基电催化剂。
[0015]所述过渡金属单原子掺杂的炭基电催化剂的制备方法包括如下步骤：
[0016]S1，配制过渡金属M盐水溶液，通过等体积浸渍方法将上述溶液分散到SBA
‑
15固体粉末中，干燥后在H2/Ar氛围下进行氢还原得到SBA
‑
15负载过渡金属颗粒的样品，记作M/SBA
‑
15；
[0017]S2，以M/SBA
‑
15为模板，取碳源溶液等体积浸渍到M/SBA
‑
15固体粉末中，经过老化聚合，置于Ar气氛下进行煅烧；
[0018]S3，将得到的黑色固体粉末经氢氧化钠水溶液碱洗去除SBA
‑
15模板，再经盐酸溶液酸洗除去过渡金属颗粒，最后得到过渡金属单原子掺杂的炭基电催化剂。
[0019]步骤S1中，所述的过渡金属M盐包括氯化铁、氯化钴、氯化镍、氯化亚锰和氯化铜中的至少一种；优选地，所述过渡金属M盐为六水合氯化钴。所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种炭基电催化剂与TS
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1热催化剂串联的方法，其特征在于：包括将TS
‑
1热催化剂与炭基电催化剂按不同顺序先后涂覆在阴极集流体一侧，或将炭基催化剂与TS
‑
1热催化剂混合均匀后涂覆到阴极集流体一侧，得到单侧覆盖催化剂的电极片。2.一种炭基电催化剂与TS
‑
1热催化剂串联的方法，其特征在于：包括将炭基催化剂与TS
‑
1热催化剂混合均匀后涂覆到阴极集流体两侧，或将TS
‑
1热催化剂与炭基电催化剂按不同顺序先后涂覆在阴极集流体两侧，或将炭基电催化剂与TS
‑
1热催化剂分别涂覆到阴极集流体两侧，得到双侧覆盖催化剂的电极片。3.如权利要求1或2所述的一种炭基电催化剂与TS
‑
1热催化剂串联的方法，其特征在于：所述炭基电催化剂与TS
‑
1热催化剂质量比为0.5:1
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1:10。4.如权利要求1或2所述的一种炭基电催化剂与TS
‑
1热催化剂串联的方法，其特征在于：所述阴极集流体为碳纸、碳布或碳毡。5.如权利要求1或2所述的一种炭基电催化剂与TS
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1热催化剂串联的方法，其特征在于：所述炭基电催化剂为过渡金属单原子掺杂的炭基电催化剂。6.如权利要求5所述的一种炭基电催化剂与TS
‑
1热催化...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆安慧，郝广平，董灵玉，关铭昊，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：