一种泡沫钛基三维铂镍氧还原电极及其制备方法与应用技术

本发明专利技术属于电极材料技术领域，本发明专利技术提供了一种泡沫钛基三维铂镍氧还原电极及其制备方法与应用。本发明专利技术提供的电极的制备方法包括以下步骤：对泡沫钛基底顺次进行阳极氧化处理、煅烧处理、电沉积

【技术实现步骤摘要】
一种泡沫钛基三维铂镍氧还原电极及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及电极材料
，尤其涉及一种泡沫钛基三维铂镍氧还原电极及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]过氧化氢(H2O2)是世界上100种最重要的化学品之一，在全pH范围内均具有较高的氧化电位，氧化性强，有杀菌消毒作用，并且还具有最高的活性氧含量(47.1w/w％)，远高于其他工业常用的氧化剂，用于氧化反应的最终产物为水和氧气，常被称为产生羟基自由基(HO
·
)的前驱体，被认为是最具环境友好型氧化剂。目前，H2O2在国民经济各行业均有广泛的应用，如化学品绿色合成、食品消毒、污水处理、地下水修复与废气处理等，在污染物控制方面，尤其是水处理及环境修复领域对H2O2的需求量逐渐呈上升的趋势。
[0003]蒽醌法被广泛应用于合成H2O2，全球95％的H2O2都是由蒽醌法制得的。蒽醌法的生产流程中包括对烷基蒽醌前驱体的氢化及后续的氧化，然后进行液液萃取实现H2O2的回收。该方法工艺复杂，为多单元操作，且反应堆运输不便，不仅容易造成大量浪费而且对后续处理废料、提纯和运输H2O2的要求也很高。所以，其它H2O2合成方法也受到了学者的关注，其中，通过二电子的氧气电化学还原反应在各溶液环境按需生产H2O2备受关注。该方法可在温和条件(室温、常压)下实现H2O2的原位合成，且具有绿色环保的优势。然而，利用O2生成H2O2的二电子(2e
‑
)反应过程与O2完全还原为H2O的四电子(4e
‑
)反应过程存在着竞争关系，氧还原反应路径较复杂，中间体生成较多，反应活化能较高，本征动力学速率缓慢，因此，需要合成高效且对H2O2催化过程具有高选择性的催化剂。
[0004]目前，碳基电催化剂(如石墨烯、碳布等)是氧还原领域的研究热点，但贵金属基的催化剂仍是基于O2还原法合成H2O2的最有效催化剂，如铂(Pt)，金(Au)对H2O2表现出高催化活性和高选择性。因为用于H2O2的稳定剂的pH接近中性，因此在中性环境下开发H2O2催化剂具有重要意义。
[0005]因此，如何提供一种可在中性环境下制备H2O2的催化剂及其所适配的电极成为了本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术提供了一种泡沫钛基三维铂镍氧还原电极及其制备方法与应用，解决了现有技术制备H2O2需要消耗大量贵金属以及对催化剂的性能要求苛刻等技术问题。
[0007]为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]本专利技术提供了一种泡沫钛基三维铂镍氧还原电极的制备方法，包括以下步骤：
[0009]对泡沫钛基底顺次进行阳极氧化处理、煅烧处理、电沉积
‑
氧化还原置换处理即得泡沫钛基三维铂镍氧还原电极。
[0010]进一步的，所述泡沫钛基底的平均孔径为20～50μm，孔隙率为35～50％，厚度为
0.5～1mm。
[0011]进一步的，所述阳极氧化处理的具体操作步骤为：以泡沫钛基底为阳极，石墨为阴极，0.4～0.6mol/L的硫酸溶液为电解液，在20～30V的直流电压下处理100～150min。
[0012]进一步的，所述煅烧处理的温度为450～680℃，煅烧处理的时间为60～180min；室温升至煅烧处理的温度的升温速率为1～5℃/min。
[0013]进一步的，所述电沉积
‑
氧化还原置换处理的具体操作步骤为：以铂盐和镍盐的混合溶液为电解液，煅烧处理后的泡沫钛基底为工作电极，铂丝作为对电极，饱和甘汞电极作为参比电极进行电沉积处理，然后停止施加外部电位，持续60～300s即完成电沉积
‑
氧化还原置换处理。
[0014]进一步的，所述混合溶液中，铂盐和镍盐的总浓度为8～12mmol/L，其中，铂盐和镍盐的摩尔比为1：6～12；
[0015]所述电沉积处理采用的恒电流脉冲电对数量为40～50，其中阴极电流密度为
‑
20～
‑
50mA/cm2，持续的时间为1～5s，阳极电流密度为20～40mA/cm2，持续的时间为10～60ms。
[0016]进一步的，所述铂盐为六水合氯铂酸，所述镍盐为硫酸镍、氯化镍、硝酸镍和乙酰丙酮镍中的一种或几种；所述电沉积
‑
氧化还原置换处理的循环次数为10～30次。
[0017]进一步的，对泡沫钛基底进行预处理，所述预处理的具体步骤为：用砂纸将泡沫钛基底打磨5～20min，随后在质量浓度为20～40％的NaOH溶液中浸泡10～30min，用水洗涤1～3次后，再用超声清洗，最后将泡沫钛基底在氩气流中干燥5～10min；
[0018]所述超声清洗的具体步骤为：顺次在丙酮、乙醇和水中进行超声处理，超声处理的时间独立的为5～20min。
[0019]本专利技术提供了上述制备方法所制备的泡沫钛基三维铂镍氧还原电极。
[0020]本专利技术还提供了上述泡沫钛基三维铂镍氧还原电极在中性溶液中制备H2O2的应用，所述中性溶液包含浓度为0.1～0.5mol/L的硫酸钠溶液。
[0021]经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：
[0022](1)本专利技术通过将与O2具有弱相互作用的金属镍和强相互作用的金属铂结合制成双金属催化剂，不仅能保持电化学氧还原反应的活性，又能提高应用于H2O2制取的选择性；
[0023](2)泡沫钛兼具钛合金和泡沫金属两者的特性，具有强度高、热强度好、抗腐蚀性能好、力学性能及低温性能好等优势，以泡沫钛为基底材料，不仅能克服传统颗粒状催化剂的应用局限，且其三维结构能为催化剂提供更多的活性位点；
[0024](3)本专利技术所采用的电沉积
‑
氧化还原置换方法，操作简便可控，常温常压即可进行，重复性高，所制备的电极具有性能独特的纳米晶体结构，可大大降低铂金属的消耗，成本低、效率高，具有将贵金属氧还原催化剂规模化、产业化的前景。
附图说明
[0025]图1为实施例1制备的泡沫钛基三维铂镍氧还原电极在0.1mol/L的硫酸钠溶液中的线性伏安扫描曲线图；
[0026]图2为实施例1制备的泡沫钛基三维铂镍氧还原电极的阻抗图；
[0027]图3为实施例1制备的泡沫钛基三维铂镍氧还原电极在非法拉第区域内不同速度下的循环伏安曲线图，其中，(a)图的横坐标为电压(V)，纵坐标为电流(mA)；(b)图的横坐标
为扫描速度(mV/s)，纵坐标为电流值的1/2(mA)。
具体实施方式
[0028]本专利技术提供了一种泡沫钛基三维铂镍氧还原电极的制备方法，包括以下步骤：
[0029]对泡沫钛基底顺次进行阳极氧化处理、煅烧处理、电沉积
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氧化还原置换处理即得泡沫钛基三维铂镍氧还原电极。
[0030]在本专利技术中，所述泡沫钛基底的平均孔径为20～50μm，优选为25～45μm，进一步本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种泡沫钛基三维铂镍氧还原电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：对泡沫钛基底顺次进行阳极氧化处理、煅烧处理、电沉积
‑
氧化还原置换处理即得泡沫钛基三维铂镍氧还原电极。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述泡沫钛基底的平均孔径为20～50μm，孔隙率为35～50％，厚度为0.5～1mm。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述阳极氧化处理的具体操作步骤为：以泡沫钛基底为阳极，石墨为阴极，0.4～0.6mol/L的硫酸溶液为电解液，在20～30V的直流电压下处理100～150min。4.根据权利要求1～3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述煅烧处理的温度为450～680℃，煅烧处理的时间为60～180min；室温升至煅烧处理的温度的升温速率为1～5℃/min。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述电沉积
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氧化还原置换处理的具体操作步骤为：以铂盐和镍盐的混合溶液为电解液，煅烧处理后的泡沫钛基底为工作电极，铂丝作为对电极，饱和甘汞电极作为参比电极进行电沉积处理，然后停止施加外部电位，持续60～300s即完成电沉积
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氧化还原置换处理。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述混合溶液中，铂盐和镍盐的总浓度为...

【专利技术属性】
技术研发人员：王朔，叶小琴，裴洛伟，王力萍，叶章颖，沈斌，沈孆，
申请(专利权)人：上海千北信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：