一种将乙二醇电催化选择性氧化为乙醇酸盐的铂-铜合金催化剂的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种将乙二醇电催化选择性氧化为乙醇酸盐的铂

【技术实现步骤摘要】
一种将乙二醇电催化选择性氧化为乙醇酸盐的铂
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铜合金催化剂的制备方法


[0001]本专利技术属于电催化材料
，具体涉及一种用于将乙二醇电催化选择性氧化为乙醇酸盐的铂
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铜合金催化剂的制备方法。

技术介绍

[0002]“白色污染”是人类社会面临的重大生态问题，使用可降解塑料是解决这个问题的潜在方案之一。近年来，在泥土和水体中都可以自然降解的聚合物成为了研究的热点，聚乙醇酸和聚乳酸
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羟基乙酸共聚物就是其中常见的两种，它们可以由乙醇酸作为原材料进行合成。除此之外，乙醇酸还在印染、电镀、化妆品等多个行业有其他应用，可以预见乙醇酸将在未来有越来越大的需求。
[0003]乙醇酸(盐)的合成途径主要有化学法和生物法，其中化学法又包括热催化法和电催化法。热催化法包括甲醛羰基化法(CN 111233660 A)、草酸二甲酯水解加氢法(CN 112521265 A)、乙二醇选择氧化法(CN 114534723 A、CN 114031493A)、乙二醛氧化法、氯乙酸水解法、羟基乙腈水解法等；电催化的方法包括带电催化乙二醇选择氧化法(CN 114959749 A)、电催化草酸选择还原法等；生物法主要包括葡萄糖发酵法(CN 115433735 A)，乙二醇发酵法(CN 114854796A)等。整体上讲，相比于生物法处理底物的低浓度，化学法由于可处理的底物浓度更高，因此适合于大规模生产。值得注意的是，化学法的各种底物起点大都来自煤、石油、天然气等化石燃料，是不可持续的。因此，考虑到乙二醇可以由可再生的秸秆糖制备，可再生能源是以电能形式存在的，因此电催化乙二醇选择氧化法成为了一种长远上能够可持续得到乙醇酸，进而制备可降解塑料的路径。
[0004]目前的电催化乙二醇选择氧化技术，均需要用到铂钯金等贵金属，而通过提高催化材料活性，进而降低贵金属使用量成为了该技术路线的瓶颈。因为醇类氧化的中间体是醛，而金属铜催化剂催化醛的效率要远高于贵金属铂和钯，而金属铂对羟基的活性的又高于金属钯和金，价格相对金属钯和金较低廉。因此，本专利技术公开了一种将乙二醇电催化选择性氧化为乙醇酸盐的铂
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铜合金催化剂的制备方法和应用，该复合材料将纳米级铂
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铜金属颗粒负载于碳纳米管和碳纤维等高比表载体表面，拥有很大的电化学活性面积和贵金属的原子利用率。金属铂和铜分别对于羟基和醛类中间体的高活性，极大地提高了合金催化剂对于乙二醇选择氧化到乙醇酸盐的效率，是一种能够降低贵金属载量的有前景的催化材料。

技术实现思路

[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种将乙二醇电催化选择性氧化为乙醇酸盐的铂
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铜合金催化剂的制备方法。
[0006]本专利技术的技术方案是：
[0007]一种将乙二醇电催化选择性氧化为乙醇酸盐的铂
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铜合金催化剂的制备方法，步
骤如下：
[0008]a.将去离子水、铂源、铜源混合，超声使其混合均匀，然后加入稳定剂，再加入载体悬浮液和还原试剂，最后使用用蠕动泵加入沉降剂，沉积反应完成后得到黑色悬浮液；
[0009]所述铂源与其他原料的物质的量比为：n(Pt)/n(Cu)＝0.75～3，n(H2O)/n(Pt)＝405280～977050；
[0010]所述稳定剂在反应体系中的浓度为：5～10mmol/L；
[0011]所述载体悬浮液在反应体系中的浓度为：1000～2000mg/L；
[0012]所述还原试剂为柠檬酸钠和硼氢化钠的水溶液，还原试剂在反应体系中的浓度为：c(柠檬酸钠)＝5～10mmol/L；c(硼氢化钠)＝20.75～25.5mmol/L；
[0013]所述沉降剂在反应体系中的浓度为：0.1～1mol/L；
[0014]b.将黑色悬浮液在室温下搅拌，然后洗涤、过滤并干燥，得到PtCu/CNT粉末；
[0015]c.将PtCu/CNT粉末由喷枪喷在碳布上作为PtCu/CNT催化剂电极。
[0016]所述铂源为氯酸铂和/或二乙酰丙酮铂。
[0017]所述铜源为氯化铜和/或硫酸铜。
[0018]所述稳定剂为柠檬酸钠的水溶液。
[0019]所述载体悬浮液为碳纳米管的超声分散悬浮液。
[0020]所述沉降剂为硫酸钾的水溶液。
[0021]所述蠕动泵速率为1滴/秒。
[0022]所述沉积反应时间为12～24h。
[0023]所述搅拌时间为12h。
[0024]所述干燥温度为80℃。
[0025]恒电位反应的电位范围：
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0.4V～
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0.1V。
[0026]恒电位反应的温度范围：50℃～80℃。
[0027]电解液中KOH浓度范围：1mol/L～10mol/L。
[0028]与现有技术相比，本专利技术的有益效果：本专利技术提供的方法中以强碱性作为环境可促进C2中间体转化为乙醇酸盐并抑制碳
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碳键断裂途径；液相还原法制备的PtCu/CNT作为催化剂中，合金化的优点如下：1)铜对电催化氧化表现出更好的导电性；2)亲氧Cu吸附原子改变了Pt的电子态，这有利于OH的吸附和OH
ad
的形成；3)合金中的Cu成分可以促进反应中间体，尤其是CO
ad
的氧化，导致表面覆盖的中间体种类减少，从而释放出更多的活性位点，提高电催化活性。
附图说明
[0029]图1为本专利技术实施例1制备的PtCu/CNT和对比例1制备的Pt/CNT在20℃+8mol/L KOH+1mol/L乙二醇测试条件下电催化氧化曲线。
[0030]图2为本专利技术实施例1制备的PtCu/CNT和对比例1制备的Pt/CNT在20℃+1mol/L KOH测试条件下循环伏安测试曲线。
[0031]图3为本专利技术实施例1制备的PtCu/CNT和对比例1制备的Pt/CNT在20℃+1mol/L KOH+0.1mol/L乙二醇测试条件下循环伏安测试曲线
[0032]图4(a)为本专利技术实施例1制备的PtCu/CMT的透射电镜图像，(b)PtCu/CMT的透射电
镜图像高清透射电镜图像。
具体实施方式
[0033]下面结合具体实例和附图对本专利技术的技术方案作进一步的说明。
[0034]实施例1
[0035]一种将乙二醇电催化选择性氧化为乙醇酸盐的铂
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铜合金催化剂的制备方法和应用一种将乙二醇电催化选择性氧化为乙醇酸盐的铂
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铜合金催化剂的制备方法和应用，包括以下步骤：
[0036](1)超纯去离子水(18MΩ)、H2PtCl6·
6H2O、CuCl2·
2H2O加入烧杯中，超声30s溶解，立即将柠檬酸钠水溶液加入上述混合物中，其中原料的摩尔比为n(H2PtCl6·
6H2O)＝0.185mmol；n(C本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种将乙二醇电催化选择性氧化为乙醇酸盐的铂
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铜合金催化剂的制备方法，其特征在于，步骤如下：a.将去离子水、铂源、铜源混合，超声使其混合均匀，然后加入稳定剂，再加入载体悬浮液和还原试剂，最后使用用蠕动泵加入沉降剂，沉积反应完成后得到黑色悬浮液；所述铂源与其他原料的物质的量比为：n(Pt)/n(Cu)＝0.75～3，n(H2O)/n(Pt)＝405280～977050；所述稳定剂在反应体系中的浓度为：5～10mmol/L；所述载体悬浮液在反应体系中的浓度为：1000～2000mg/L；所述还原试剂为柠檬酸钠和硼氢化钠的水溶液，还原试剂在反应体系中的浓度为：c(柠檬酸钠)＝5～10mmol/L；c(硼氢化钠)＝20.75～25.5mmol/L；所述沉降剂在反应体系中的浓度为：0.1～1mol/L；b.将黑色悬浮液在室温下搅拌，然后洗涤、过滤并干燥，得到PtCu/CNT粉末；c.将PtCu/CNT粉末由喷枪喷在碳布上作为PtCu/CNT催化剂电极。2.根据权利要求1所述的将乙二醇电催化选择性氧化为...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐骥，徐振，李闯，陈霄，梁长海，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：