【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电催化，涉及一种用于电催化氧还原制备过氧化氢的电极。
技术介绍
1、过氧化氢（h2o2）是一种重要的化学物质，它作为一种清洁型强氧化剂被广泛应用于医用消毒、工业纸浆漂白、 环境治理和电子军工的半导体清洗等领域。目前，超过 95%的h2o2是利用蒽醌法以浓缩形式生产的。蒽醌氧化法工业合成h2o2，需要复杂的单元操作，包括加氢、o2氧化蒽醌、萃取纯化等，是能源密集型多步骤过程，需要大型基础设施投资，生产过程成本非常高。此外，现阶段工业应用中大量消耗的h2o2为质量分数 30%的水溶液，浓缩纯化h2o2过程中会产生的大量废物，产品分销过程也存在储存和运输的安全问题。因此，降低h2o2运输成本，实现 h2o2的经济、绿色和可持续的生产是目前迫切需要解决的问题。
2、电化学法进行电催化氧还原反应（orr）是一种可以替代蒽醌法生产h2o2的方法，它既可以通过在电解池中氧还原又能通过水氧化的双电子途径选择性地生产过氧化氢。通常情况下，在电解池中，通过双电子氧还原反应产生h2o2，最终可以大规模地热电联产；而双电子水氧化生成h2o2可以在单一的电化学装置中以水为唯一原料生成两种有价值的产物。此外，由于电化学装置的简易性，使电化学制取过氧化氢法可以与可再生能源相结合，从而降低生产成本。同时由于电化学装置可以很方便地小型化，可以在把生产基地建设在h2o2的需求地点，从而减少运输成本；并且电化学法生产过程中的原料和产物是水、氧气和酸、碱等常用化学品，容易实现绿色和可持续生产，未来有望完全替代传统的蒽醌法。
3、在
4、中国专利技术专利《原位生成双氧水和高铁酸盐耦合水处理深度净化装置及处理方法》（申请号为202010376143.8）公开了一种原位生成双氧水和高铁酸盐耦合水处理深度净化装置，该专利技术的技术方案中引入电化学气体扩散体系，以相同制备工艺制得电化学阴极和阳极，电化学阴极可高效利用氧气，高效原位生成双氧水。该专利技术中的碳铁电极或电化学阴极是将促导剂、造孔剂和电极基材混合后加入粘结剂，包括于泡沫镍上，再经真空烧结得到。所得到的电化学阴极可高效利用氧气，高效原位生成双氧水。
5、中国专利技术专利《一种利用自供氧双阴极装置同时产生双氧水和氢气的方法》（申请号为201710100325 .0）公开了一种利用自供氧双阴极装置同时产生双氧水和氢气的方法，该技术方案所使用的装置拥有两个阴极和一个共用阳极，分别为氧还原阴极，析氢阴极和析氧阳极，在该装置中，共用阳极产生的氧气自由扩散到氧还原阴极上，在氧还原阴极催化层表面原位还原生成双氧水。该技术方案中的氧还原阴极由催化剂、导电粘结剂和集流体组成，集流体为碳布、不锈钢网、钛网或泡沫镍中的任意一种或至少两种的组合，在氧还原阴极催化层表面原位还原生成双氧水。
6、在上述两件专利技术专利的技术方案中，均使用了泡沫镍作为催化剂的载体，在其表面上设置催化剂。泡沫镍是多孔金属的一种，多孔金属材料不仅具有因孔结构赋予的大比表面积、优异的传质性能和强的物质吸附能力，还具有金属属性赋予的高导电性、优良的延展性和催化活性等，是一类发展极其迅猛的新型功能多孔结构材料，对高效电化学催化技术的实现具有十分重要的地位。
7、泡沫镍是一种典型的多孔金属，它作为有机泡沫塑料的电铸复制品，基本上保持了原有泡沫塑料的结构形貌。组成泡沫镍的骨架纵横交错，每一节点一般有 3-5根骨架交叉形成，这些金属骨架在去除有机泡沫基体后，会在骨架内形成细微中空腔体，该细微中空腔体是原先的有机泡沫塑料消失后所留下的空间，因此其骨架都是封闭的中空棱杆结构，骨架内部的细微中空腔体也是泡沫镍整体孔隙率的一部分，大约占据整个泡沫镍孔隙率的2%～20%。这些位于骨架内部的孔，其孔径太小，不仅电解质难以在其内部进行输运，还会增大电池的电阻率，电极材料的制作过程中如果能把这部分微孔利用起来，通过提高孔隙率，来降低电解质和气体产物在电极的流阻，从而提高电催化反应的速率。
8、具有中空棱杆多孔金属，其骨架具有细微的中空腔体，该中空腔体的内壁也具有很大的表面积，但是由于被封闭在骨架内部，这一部分的表面积很难被利用上。假如有办法使这一部分的表面暴露出来，当该类多孔金属作为电极时，电解液可以与集流体之间有更大的接触面积，提供更多电催化反应的场所，提高电催化制备h2o2的生产效率。
9、通过在有机多孔模板沉积金属然后经过烧结还原得到中空棱杆多孔金属的生产工艺，与其他制造多孔金属的工艺相比，具有可方便地大批量连续生产制造、成本更低、一致性更好的特点，是其他工艺制造的多孔金属无法比拟的，但是这种模板法制备的多孔金属的缺点是金属骨架是空心的，骨架内部的中空腔体占据了较多的空隙却又几乎无法利用，造成该类多孔金属的优势很难完全发挥出来，因此需要把封闭的中空棱杆结构打开，将其所占据的空隙及表面积利用起来，进一步构建具备更高比表面积和孔隙率的多孔金属材料，使其能为电催化反应提供更加多的化学反应活性位点，并且其丰富的孔结构将有助于电解质的高效输运，可为电极结构和高效电催化剂的设计提供更好的技术方案，进而推动氧还原反应（orr）法生产h2o2的发展。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种用于电催化氧还原制备过氧化氢的电极的技术方案和相应产品，使用一种具有敞开式骨架的多孔金属作为电催化氧还原制备过氧化氢的电极。本专利技术采用的具有敞开式骨架的多孔金属，可以将多孔金属的大部分或全部中空骨架内的封闭空间打开，增大表面积、降低密度、提高有效孔隙率，使多孔金属的潜在性能进一步释放，从而提高电催化制备过氧化氢的综合性能。所述有效孔隙率，是指能够发挥功能（吸收电解液、作为离子通道等）的孔隙占全部孔隙的比例。本专利技术的目的通过以下技术方案实现。
2、一种用于电催化氧还原制备过氧化氢的电极，包括由催化剂载体和形成于催化剂载体表面的催化剂层；
3、所述催化剂载体为具有敞开式骨架的多孔金属，所述多孔金属由金属骨架和孔隙构成，所述金属骨架是通过在有机高分子多孔材料表面沉积金属，然后去除有机高分子多孔材料得到，所述金属骨架全部为敞开式骨架或者为敞开式骨架和中空骨架的混合物；
4、所述敞开式骨架包括金属沉积层和有机高分子多孔材料被去除后所留下的空间，所述留下的空间被金属沉积层不完全包围，能与外部空间直接连通；所述中空骨架包括金属沉积层和有机高分子多孔材料被本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于电催化氧还原制备过氧化氢的电极，包括由催化剂载体和形成于催化剂载体表面的催化剂层，其特征在于，
2.根据权利要求1所述的电极，其特征在于，所述的多孔金属包括表面未沉积粗糙化层和表面沉积有粗糙化层的多孔金属，其中：
3.根据权利要求1所述的电极，其特征在于，所述敞开式骨架占全部金属骨架的比例为20%~100%，优选80%-100%。
4.根据权利要求1所述的电极，其特征在于，所述孔隙的平均孔径为0.05～5mm。
5.根据权利要求1所述的电极，其特征在于，所述金属骨架的金属层厚度为1～1000μm。
6.根据权利要求1所述的电极，其特征在于，所述多孔金属的厚度为0.005～65mm。
7.根据权利要求1所述的电极，其特征在于，所述金属沉积层是由两种不同尺寸晶粒构成的双模态金属沉积层或者是由多种不同尺寸晶粒构成的多模态金属沉积层。
8.根据权利要求1所述的电极，其特征在于，所述金属沉积层是由铁、镍、铜、铁、铝、铬、镉、锗、锡、铅、锌、金、银、钛、钴、钒、铌、铪、钽、铋、钼、钨、锰、铂、钯、
9.根据权利要求1所述的电极，其特征在于，所述多孔金属为三维多孔金属。
10.根据权利要求1所述的电极，其特征在于，所述多孔金属为二维多孔金属。
...【技术特征摘要】
1.一种用于电催化氧还原制备过氧化氢的电极，包括由催化剂载体和形成于催化剂载体表面的催化剂层，其特征在于，
2.根据权利要求1所述的电极，其特征在于，所述的多孔金属包括表面未沉积粗糙化层和表面沉积有粗糙化层的多孔金属，其中：
3.根据权利要求1所述的电极，其特征在于，所述敞开式骨架占全部金属骨架的比例为20%~100%，优选80%-100%。
4.根据权利要求1所述的电极，其特征在于，所述孔隙的平均孔径为0.05～5mm。
5.根据权利要求1所述的电极，其特征在于，所述金属骨架的金属层厚度为1～1000μm。
6.根据权利要求1所述的电极，其特征在于，所述多孔金属的厚...
【专利技术属性】
技术研发人员：周强，黄钊圣，李钊，
申请(专利权)人：梧州三和新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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