一种铂-镍催化剂气体扩散电极及其制备方法与应用技术

本发明专利技术提供了一种铂

【技术实现步骤摘要】
一种铂
‑
镍催化剂气体扩散电极及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及电极材料
，尤其涉及一种铂
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镍催化剂气体扩散电极及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]过氧化氢(H2O2)是最重要和最基本的化学品之一，它广泛应用于不同行业，包括造纸和纸浆制造、消毒、废水处理、化学合成。但目前用于大规模生产H2O2的工业方法是蒽醌循环工艺，这种传统的方法消耗大量的H2和其他种类的能源，产生大量的有机废物，并需要复杂的分离过程才能获得高纯度的H2O2以供使用。此外，蒽醌循环工艺需要集中的大型基础设施才能实现，这就需要运输和储存高浓度H2O2，危险系数很高。为了克服这一限制，亟需寻找合成H2O2的替代策略，以减少能源消耗、废物、生产成本和安全问题。
[0003]电化学氧还原反应(ORR)是通过2e
‑
转移过程电化学合成H2O2，与传统的蒽醌工艺相比，它利用绿色的反应前体(如空气和水)在温和的反应条件即可实现，引起了研究者的广泛关注。电化学氧还原反应合成H2O2过程中，催化剂的选择性、氧的传质和阴极反应界面上的电子转移是实现高效生产H2O2的三个重要因素。不幸的是，在常温常压下氧在水中的溶解度低至8mg/L，ORR受到氧传质的控制，并且电极溢流问题导致2e
‑
ORR反应动力学迟缓。因此，开发一种铂
‑
镍催化剂气体扩散电极来提高H2O2电合成效率具有重要意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种铂
‑
镍催化剂气体扩散电极及其制备方法与应用，以解决现有技术中H2O2电合成效率低的技术问题。
[0005]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0006]本专利技术提供了一种铂
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镍催化剂气体扩散电极的制备方法，包括以下步骤：
[0007]将气体扩散层电极放置于电解液中进行电沉积，之后进行煅烧处理，即可得到铂
‑
镍催化剂气体扩散电极；
[0008]所述气体扩散层电极的制备方法，包括以下步骤：
[0009](1)将导电材料和聚合物分散于乙醇中，得到分散液；
[0010](2)将分散液涂覆在Ni网上，然后进行煅烧处理，得到气体扩散层电极。
[0011]进一步的，所述步骤(1)中，导电材料包含乙炔黑、石墨烯、石墨粉、碳纳米管和MXenes中的一种或几种；所述聚合物为全氟磺酸或聚四氟乙烯。
[0012]进一步的，所述导电材料和聚合物的质量比为2～10:1～5；所述聚合物和乙醇的固液比为1～5g:10～100mL。
[0013]进一步的，所述步骤(2)中，煅烧处理的温度为300～500℃，煅烧处理的时间为20～180min。
[0014]进一步的，所述电解液由氯铂酸钾、镍盐混合于乙二醇中制得，其中氯铂酸钾和镍盐的摩尔比为1～3:1～10；所述氯铂酸钾和乙二醇的摩尔体积比为1～3mmol：800～
1200mL；所述镍盐包含硫酸镍、硝酸镍、乙酸镍、乙酰丙酮镍和氯化镍中的一种或几种。
[0015]进一步的，所述电沉积的电压区间为
‑
1.5～1.2V，扫描速率为10～200mV/s，扫描圈数为100～500圈。
[0016]进一步的，电沉积之后，所述煅烧处理在气体氛围条件下进行，所述气体氛围包含氢气、氮气和氩气中的一种或几种。
[0017]进一步的，所述煅烧处理的温度为650℃～950℃，煅烧处理的时间为20～120min。
[0018]本专利技术提供了一种铂
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镍催化剂气体扩散电极。
[0019]本专利技术提供了一种铂
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镍催化剂气体扩散电极在提高H2O2产率及去除水体中孔雀石绿中的应用。
[0020]本专利技术的有益效果：
[0021](1)本专利技术所制备的铂
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镍催化剂气体扩散电极，首先通过煅烧处理将聚四氟乙烯(PTFE)嫁接于导电材料，形成了三维交联的多孔结构，并利用PTFE良好的疏水效应，使其在Ni网表面包覆一层疏水透气层，然后利用Pt
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Ni良好的电化学特性以电沉积的方式负载在其表面，经煅烧后使得电极在电解液中形成气
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液
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固三相反应界面，提供足够的通道加快气体的传输速率，从而提高了反应的活性和稳定性。
[0022](2)本专利技术所制备的铂
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镍催化剂气体扩散电极中Pt
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Ni的负载量为2～10mg/cm2，有效地解决了2e
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电化学氧还原反应在中性条件下动力学缓慢的问题，而且降低了贵金属的使用量，提高了过氧化氢的产量，显示出较高的催化活性和稳定性。
[0023](3)本专利技术所制备的铂
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镍催化剂气体扩散电极，实现了水体中孔雀石绿有害物质的脱除，在10min时孔雀石绿的脱色率可达到91.39％，从而实现了在线生成H2O2并减少水体污染的效果。
附图说明
[0024]图1为实施例1所制备的铂
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镍催化剂气体扩散电极在中性条件下产生H2O2的浓度和时间的关系曲线图；
[0025]图2为实施例1所制备的铂
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镍催化剂气体扩散电极在中性条件下对水体中孔雀石绿的吸光度和时间的关系曲线图。
具体实施方式
[0026]本专利技术提供了一种铂
‑
镍催化剂气体扩散电极的制备方法，包括以下步骤：
[0027]将气体扩散层电极放置于电解液中进行电沉积，之后进行煅烧处理，即可得到铂
‑
镍催化剂气体扩散电极；
[0028]所述气体扩散层电极的制备方法，包括以下步骤：
[0029](1)将导电材料和聚合物分散于乙醇中，得到分散液；
[0030](2)将分散液涂覆在Ni网上，然后进行煅烧处理，得到气体扩散层电极。
[0031]在本专利技术中，所述Ni网优选采用目数为10～100目的Ni网，使用前优选采用丙酮、乙醇、去离子水对Ni网进行超声去污。
[0032]在本专利技术中，所述步骤(1)中，导电材料包含乙炔黑、石墨烯、石墨粉、碳纳米管和MXenes中的一种或几种，优选为乙炔黑、石墨烯、石墨粉和碳纳米管中的一种或几种，进一
步优选为乙炔黑、石墨烯和石墨粉中的一种或几种；所述聚合物为全氟磺酸或聚四氟乙烯，优选为聚四氟乙烯。
[0033]在本专利技术中，所述导电材料和聚合物的质量比为2～10:1～5，优选为3～8:3，进一步优选为4～7:3；所述聚合物和乙醇的固液比为1～5g:10～100mL，优选为3g:20～80mL，进一步优选为3g:50mL。
[0034]在本专利技术中，所述步骤(1)中，将导电材料和聚合物分散于乙醇中优选在60～80℃条件下进行，进一步优选为70℃。
[0035]在本专利技术中，优选将本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铂
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镍催化剂气体扩散电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将气体扩散层电极放置于电解液中进行电沉积，之后进行煅烧处理，即可得到铂
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镍催化剂气体扩散电极；所述气体扩散层电极的制备方法，包括以下步骤：(1)将导电材料和聚合物分散于乙醇中，得到分散液；(2)将分散液涂覆在Ni网上，然后进行煅烧处理，得到气体扩散层电极。2.根据权利要求1所述的一种铂
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镍催化剂气体扩散电极的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，导电材料包含乙炔黑、石墨烯、石墨粉、碳纳米管和MXenes中的一种或几种；所述聚合物为全氟磺酸或聚四氟乙烯。3.根据权利要求2所述的一种铂
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镍催化剂气体扩散电极的制备方法，其特征在于，所述导电材料和聚合物的质量比为2～10:1～5；所述聚合物和乙醇的固液比为1～5g:10～100mL。4.根据权利要求2或3所述的一种铂
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镍催化剂气体扩散电极的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，煅烧处理的温度为300～500℃，煅烧处理的时间为20～180min。5.根据权利要求1～3任意一项所述的一种铂
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镍催化剂气体扩散电极的制...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶小琴，王朔，裴洛伟，王力萍，叶章颖，华君，沈孆，沈斌，
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：