一种用于高选择性H2O2合成的H-CNTs材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于高选择性H2O2合成的H

【技术实现步骤摘要】
一种用于高选择性H2O2合成的H
‑
CNTs材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及电催化
，具体涉及一种用于高选择性H2O2合成的H
‑
CNTs材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]过氧化氢(H2O2)是一种工业上常见的化学品。广泛运用于氧化和消毒。预计2024年对H2O2的需求将超过6000千吨。目前，H2O2的工业化生产依赖于苛刻、昂贵的蒽醌工艺，需要高压氢气、贵金属催化剂和复杂的后处理步骤。由于需要大量的有机溶剂，会产生大量的有机废液，对环境的影响不可估量。此外，该工艺产生的高浓度H2O2在运输和储存过程中存在潜在危险。通过二电子过程的电催化氧还原反应制H2O2由于具有能源消耗少，安全环保而且不需要大型设备，节约运输和储存成本等优势成为了一种有望代替传统蒽醌工艺的绿色方法。然而，ORR的四电子过程通常与H2O2生成所需两电子方式竞争，因此，为实现二电子ORR电化学合成H2O2的精确控制和该体系的商业化，对低成本、高活性、高选择性、高稳定性的电催化剂提出了很高的要求。
[0003]纳米碳材料由于其低廉的价格，良好的导电性以及力学性能，是一种很有前景的ORR催化剂材料。对于纯碳催化剂，其与含氧中间体的内在弱相互作用导致其ORR活性较低。在ORR过程中，通过调节催化剂电子结构，可以有效改善中间体与催化剂表面的结合强度，对催化剂的活性有很大影响，因此开发电子结构可调的碳基催化剂对于调节中间体的结合能、反应选择性以及进一步提高催化性能具有重要意义。
专利
技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在的问题，本专利技术的目的是提供一种用于高选择性H2O2合成的H
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CNTs材料及其制备方法。
[0005]本专利技术的目的采用以下技术方案来实现：
[0006]一种用于高选择性H2O2合成的H
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CNTs材料的制备方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1，称取乌洛托品和碳纳米管置于烧瓶中，加入超纯水混合均匀，得到第一混液；
[0008]步骤2，将第一混液置于油浴中加热回流搅拌，得到第二混液；
[0009]步骤3，将第二混液过滤后洗涤，再经过真空干燥，得到H
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CNTs粉末。
[0010]优选地，所述步骤1至所述步骤3均在空气条件下进行，无需通入保护气。
[0011]优选地，所述步骤1中，乌洛托品、碳纳米管与超纯水的质量比为1
‑
5:0.05:100。
[0012]优选地，所述步骤2中，油浴的温度为80℃，搅拌时间为4h。
[0013]优选地，所述步骤3中，过滤是使用20μm的滤纸进行抽滤处理。
[0014]优选地，所述步骤3中，洗涤包括先使用超纯水清洗，再使用乙醇清洗。
[0015]优选地，所述步骤3中，洗涤依次用无水乙醇洗涤2次、去离子水洗涤2次，每次洗涤使用200mL。
[0016]优选地，所述步骤3中，真空干燥温度为70℃，干燥时间为12h。
[0017]一种用于高选择性H2O2合成的H
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CNTs材料，采用上述制备方法制备得到。
[0018]优选地，所述H
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CNTs的H2O2选择性最高可达95％。
[0019]本专利技术的有益效果为：
[0020]1、本专利技术制备的高H2O2选择性催化材料H
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CNTs，通过乌洛托品的氮掺杂和空间位阻效应提高选择性。
[0021]2、本专利技术利用乌洛托品作为氮源给碳纳米管引入氮元素提高ORR二电子过程的活性，得到高性能二电子ORR催化剂材料。
[0022]3、本专利技术利用乌洛托品的金刚烷结构具有一定的空间效应，进一步提高了氧还原制H2O2的选择性，解决了氧气侧向吸附易断裂的问题，进一步提高了氧还原制H2O2的选择性。
[0023]4、本专利技术工艺简单，设计巧妙、安全可控、成本低廉。
附图说明
[0024]利用附图对本专利技术作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本专利技术的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
[0025]图1为本专利技术实施例H
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CNTs的扫描电镜图：
[0026]图2为本专利技术实施例H
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CNTs的投射电镜图：(a)为H
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CNTs的投射电镜图；(b)为H
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CNTs的高分辨率投射电镜图(小图：对应的SAED图)；
[0027]图3为本专利技术实施例H
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CNTs的物相：(a)H
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CNTs的X射线衍射图；(b)H
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CNTs的拉曼图；
[0028]图4为本专利技术实施例H
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CNTs的XPS：(a)C 1s的高分辨率谱峰；(b)N 1s的高分辨率谱峰；
[0029]图5为本专利技术实施例H
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CNTs的电化学性能测试图；(a)原始样品与H
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CNTs的RRDE；(b)根据RRDE所得的电子转移数和H2O2选择性曲线图；
[0030]图6为本专利技术实施例H
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CNTs的H2O2产率图；
[0031]图7为本专利技术实施例H
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CNTs的ORR稳定性i
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t图；
[0032]图8为本专利技术实施例400nm波长下Ce
4+
吸光度随浓度变化的校正曲线。
具体实施方式
[0033]为了更清楚的说明本专利技术，对本专利技术的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本专利技术的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本专利技术的可实施范围的限定。
[0034]以下实施例中所用的原料、试剂或装置如无特殊说明，均可从常规商业途径得到，或者可以通过现有已知方法得到。
[0035]结合附图及以下实施例对本专利技术作进一步描述。
[0036]实施例1
[0037]本实施例提供的高H2O2选择性的催化材料H
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CNTs，包括以下步骤：
[0038]步骤1，称量2.8g乌洛托品，再称量50mg商用碳纳米管(编号/CAS号：XFM62/1333
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6，购自南京先丰纳米材料科技有限公司)置于烧瓶中,加入100mL超纯水；
[0039]步骤2，将步骤1得到的溶液加入油浴锅中，在空气的条件下，80℃中油浴搅拌回流4h；
[0040]步骤3，将步骤2得到的产物用20μm的滤纸抽滤，依次用无水乙醇洗涤2次、去离子水洗涤2次，每次洗涤使用200mL；
[0041]步骤4，将步骤3得到的产物在真空干燥箱中干燥12h，温度为70℃，得到H
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CNTs粉末。
[0042]一种用于高选择性H2O2合成的H
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于高选择性H2O2合成的H
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CNTs材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，称取乌洛托品和碳纳米管置于烧瓶中，加入超纯水混合均匀，得到第一混液；步骤2，将第一混液置于油浴中加热回流搅拌，得到第二混液；步骤3，将第二混液过滤后洗涤，再经过真空干燥，得到H
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CNTs粉末。2.根据权利要求1所述的用于高选择性H2O2合成的H
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CNTs材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1至所述步骤3均在空气条件下进行，无需通入保护气。3.根据权利要求1所述的用于高选择性H2O2合成的H
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CNTs材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，乌洛托品、碳纳米管与超纯水的质量比为1
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5:0.05:100。4.根据权利要求1所述的用于高选择性H2O2合成的H
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CNTs材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，油浴的温度为80℃，搅拌时间为4h。5.根据权利要求1所述的用于高选择性H2O2合成的H
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【专利技术属性】
技术研发人员：刘兆清，胡尚宇，淡猛，肖抗，欧阳婷，
申请(专利权)人：广州大学，
类型：发明
国别省市：