高分散木质素衍生制造技术

本发明专利技术涉及一种高分散木质素衍生

【技术实现步骤摘要】
高分散木质素衍生Ru原位N掺杂碳材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于生物质材料和电催化材料
，尤其涉及一种高分散木质素衍生
Ru
原位
N
掺杂碳材料及其制备方法和应用
。

技术介绍

[0002]随着化石燃料的广泛利用，不可再生资源逐渐被消耗，环境也遭到了严重的破坏，可再生能源驱动的高效清洁能源技术
(
转化与储存
)
是人类社会可持续发展的重大需求
。
为了解决能源短缺
、
环境污染和气候变化问题，必须发展清洁和可持续的能源，减少化石燃料的消耗
。
目前，大量高效的先进技术，如燃料电池
、
金属
‑
空气电池
、
小分子到燃料的转化等，已被探索用于高效的能量转换装置
。
通常，为了获得高性能的能量转换装置，需要制造高效的电催化剂
。
降低了电化学反应电位，提高了反应速率
。
通常，电催化剂常用于修饰电极，以促进电极与反应物或中间体之间的电子传递
。
[0003]生物质碳材料具有可调控型以及优异的导电性，近些年来在催化领域越加备受关注
。
而生物质碳材料作为自然界广泛应用且存在的资源，近些年来研究其高效利用的方式和方法越来越多
。
木质素是天然物质中仅次于纤维素的一种重要生物质，其
60
％的含量为碳元素，是一种理想的碳材料前体
。
木质素还是一种具有最丰富来源的芳香型高分子，它包括紫丁香基
、
愈创木基
、
对羟基苯丙烷基三类苯丙烷单元，并以碳
—
碳键和醚键结合形成，木质素可以经热化学
、
化学
、
生物催化等方法转化为生物能源
、
材料和化学品
。
而将金属掺杂与木质素中能明显提升催化性能，其中金属
Fe、Co、Ni、Mn、Cr、Zn、Cu、W、Mo、Pt、Rh、Ir
以及
Ru
具有一定的催化活性，在催化领域逐渐替代高价贵金属
。
其中的
Ru
基材料具有优异的催化活性，具有比其他单金属催化剂更高的电子传输能力
。
[0004]在催化剂的形成过程中，活化剂的使用常容易导致仪器的腐蚀
、
气体污染以及操作不便等问题
。
而通过将生物质改性不仅能原位掺杂杂原子还能提高金属与催化剂之间的相互结合力有利于形成高效的催化剂
。
因此，开发丰富的基团提升杂原子掺杂能力以及与金属之间的相互作用力尤为关键
。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术中所存在的缺陷和不足，从而提供了一种高分散木质素衍生
Ru
原位
N
掺杂碳材料及其制备方法和应用，通过将木质素氧化氨解改性后与
Ru
离子配位结合形成
Ru
‑
氧化氨解木质素前驱体，然后经高温碳烧后制备得到
。
所述高分散木质素衍生
Ru
原位
N
掺杂碳材料结合了生物质碳材料和过渡金属
Ru
的优势，是一种性能相对优异的催化剂，可广泛应用于锌空电池
、
尿素氧化
、
葡萄糖电催化转化
、
糠醛电氧化等领域，稳定高效
、
资源丰富并且价格低廉；也可作为电解水催化剂进行清洁能源的生产
。
[0006]为达到上述目的，本专利技术是通过如下手段得以实现的：
[0007]一种高分散木质素衍生
Ru
原位
N
掺杂碳材料的制备方法，包括如下步骤：
[0008](1)
将木质素
、
氧化剂
、
胺化剂置于溶剂中搅拌均匀形成混合溶液，随后进行水热
反应，反应完成后进行干燥，得到氧化氨解木质素；
[0009](2)
将步骤
(1)
得到的氧化氨解木质素置于溶剂中搅拌均匀得到氧化氨解木质素溶液；将
Ru
盐置于溶剂中搅拌分散均匀后加入所述氧化氨解木质素溶液充分搅拌形成混合溶液以进行配位反应，得到
Ru
‑
木质素基超分子前驱体；
[0010](3)
将步骤
(2)
得到的
Ru
‑
木质素基超分子前驱体置于管式炉中进行高温炭烧，随后进行酸洗
、
干燥即得
。
[0011]作为优选地，步骤
(1)
中所述木质素选自酶解木质素
、
碱木质素
、
亚硫酸盐法木质素
、
木质素磺酸盐中的一种或多种；最优选地，所述木质素为碱木质素
。
[0012]作为优选地，步骤
(1)
中所述氧化剂选自双氧水
、
臭氧
、2,2,6,6
‑
四甲基哌啶氧化物中的一种或多种；最优选地，所述氧化剂选自双氧水
。
[0013]作为优选地，步骤
(1)
中所述胺化剂选自氨水
、
氨气中的一种或多种；最优选地，所述胺化剂选自氨水
。
[0014]作为优选地，步骤
(1)
中所述溶剂选自超纯水
、
蒸馏水
、
去离子水中的一种或多种；最优选地，所述溶剂选自超纯水
。
[0015]作为优选地，步骤
(1)
所述溶剂中任选地可加入碱，以形成碱性溶液；所述碱选自氢氧化钾
、
氢氧化钠
、
氨水中的一种或多种
。
[0016]作为优选地，步骤
(1)
所述混合溶液中木质素的浓度为
0.1
‑
0.8g/mL。
[0017]作为优选地，步骤
(1)
所述混合溶液中氧化剂的浓度为
0.02
‑
0.2g/mL。
[0018]作为优选地，步骤
(1)
所述混合溶液中胺化剂的浓度为
0.01
‑
0.1g/mL。
[0019]作为优选地，步骤
(1)
中所述氧化剂与胺化剂的质量比为1：1‑
3。
[0020]作为优选地，步骤
(1)
中所述水热反应的温度为
90
‑
200℃
；最优选地，所述水热反应的温度为
120℃。
[0021]作为优选地，步骤
(1)
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种高分散木质素衍生
Ru
原位
N
掺杂碳材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)
将木质素
、
氧化剂
、
胺化剂置于溶剂中搅拌均匀形成混合溶液，随后进行水热反应，反应完成后进行干燥，得到氧化氨解木质素；
(2)
将步骤
(1)
得到的氧化氨解木质素置于溶剂中搅拌均匀得到氧化氨解木质素溶液；将
Ru
盐置于溶剂中搅拌分散均匀后加入所述氧化氨解木质素溶液充分搅拌形成混合溶液以进行配位反应，得到
Ru
‑
木质素基超分子前驱体；
(3)
将步骤
(2)
得到的
Ru
‑
木质素基超分子前驱体置于管式炉中进行高温炭烧，随后进行酸洗
、
干燥即得
。2.
根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤
(1)
中所述氧化剂选自双氧水
、
臭氧
、2,2,6,6
‑
四甲基哌啶氧化物中的一种或多种
。3.
根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤
(1)
中所述胺化剂选自氨水
、
氨气中的一种或多种
。4.
根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤
(1)...

【专利技术属性】
技术研发人员：林绪亮，刘江淋，陈泽童，邱学青，王晓菲，俎喜红，张文礼，符方宝，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：