【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于催化剂制备领域，具体涉及一种用于电催化氧化反应的无定形纳米催化剂制备方法。
技术介绍
1、化石能源的使用会带来一系列的环境问题，例如会向空气中排放大量二氧化碳，导致二氧化碳排放量远超过自然界可以吸收和固定的量，从而引发严重的温室效应。氢气作为一种无污染，热值大的燃料，近些年来引起了人们的广泛研究。制备氢气最常见的反应就是电解水制氢反应，然而其阳极产生的氧气却难以获得较高的经济收益，所以科学家们将目光转移到电催化有机物氧化耦合制氢上。因此开发性能卓越的有机物氧化耦合制氢的催化剂成为科研研究重点。
2、在不同种类的有机物中，2,5-呋喃二甲酸作为美国能源部于2004年发布的12种代表性生物基平台分子之一，可以用于合成一些性能优越的塑料产品：例如可用来合成聚2,5-呋喃二甲酸乙二醇酯(pef)——一种可降解塑料材料。而在各种合成2,5-呋喃二甲酸的方法中，电催化5-羟甲基糠醛氧化制备法的反应条件较为温和，因此最近几年受到广泛关注。专利(cn 115896840a，2023)公开了一种大电流密度电催化5-羟甲基糠醛为2,5-呋喃二甲酸的催化剂及其制备方法，该方法通过类芬顿法将泡沫镍、泡沫铁置于双氧水和金属盐(钴盐/铁盐/铜盐/锰盐)的混合液中，反应一定时间后即可获得负载于泡沫镍，泡沫铁的金属氧化物/氢氧化物，反应制得的催化剂可以对100mmol/l 5-羟甲基糠醛进行催化，2,5-呋喃二甲酸的选择性为96％，反应在300ma/cm2的电流密度下的电压为约1.43v vs rhe。专利(cn 111362892a
3、现有文献和专利中主要采用电沉积、水热、高温煅烧、磷化等方法合成催化剂，具有优良的电催化活性，但是上述合成方法均存在一定缺陷，如高温煅烧法需要高温条件或者高压气体，能耗高，电沉积法单次合成可获得催化剂量有限等，同时上述方法合成的催化剂，通常很难实现催化剂的大规模制备，或者存在规模化制备的催化剂无法保持实验室小规模制备的催化剂的性能等问题，从而很难应用于规模化电催化有机物氧化耦合产氢中。因此，简化催化剂合成步骤，开发能规模化制备的催化剂是实现规模化电催化有机物氧化耦合产氢的一个重要思路。
技术实现思路
1、本专利技术是为了克服现有电催化有机物氧化耦合制氢技术中存在的缺点而提出的，其目的是提供一种用于电催化氧化反应的无定形纳米催化剂制备方法。
2、本专利技术是通过以下技术方案实现的：
3、一种用于电催化氧化反应的无定形纳米催化剂制备方法，包括以下步骤：
4、(ⅰ)分别配置金属阳离子前驱体溶液和含氧阴离子前驱体溶液；
5、(ⅱ)通过胶体磨将步骤(ⅰ)所得两种溶液快速混合成核，形成无定形的纳米胶体溶液；
6、(ⅲ)将步骤(ⅱ)所得胶体溶液离心、洗涤、烘干后，得到无定形纳米催化剂。
7、在上述技术方案中，所述金属阳离子为cr3+、fe3+、fe2+、co2+、ni2+、cu2+、zn2+、mn2+或ru3+中的任意一种或多种；所述含氧阴离子为moo42-、wo42-、vo42-、po42-或bo42-中的任意一种或多种；所述金属阳离子前驱体溶液为金属阳离子的氯盐、硝酸盐或硫酸盐溶液。
8、在上述技术方案中，所述金属阳离子前驱体溶液和含氧阴离子前驱体溶液的溶剂为水或乙醇，溶剂的选择根据前驱体溶液的溶质在溶剂中的溶解度以及水解情况选择。例如，对于在水中会发生严重水解的金属阳离子，此类金属阳离子如果选择水作为溶剂导致直接生成结晶性的氢氧化物沉淀，使制备的催化剂不纯且催化性能下降，因此选择乙醇为溶剂。
9、在上述技术方案中，所述金属阳离子前驱体溶液的浓度范围为0.1mol/l～5mol/l，所述含氧阴离子前驱体溶液的浓度范围为0.1mol/l～5mol/l。
10、在上述技术方案中，所述金属阳离子与含氧阴离子的溶度积常数小于1×10-10。以nimoo4为例，前驱体溶液中含有高浓度的ni2+和moo42-离子，由于nimoo4的溶度积常数低，那么当含有两种金属离子的前驱体溶液混合在一起时，就会生成沉淀。
11、在上述技术方案中，所述金属阳离子和含氧阴离子的摩尔比范围为0.9～1。
12、在上述技术方案中，所述胶体磨快速混合成核在常温下完成；所述烘干的温度为40℃～100℃，时间为6h～24h。
13、在上述技术方案中，所述胶体磨的转速为1000rpm～7000rpm。
14、一种用于电催化氧化反应的无定形纳米催化剂的在电催化氧化反应中的应用，所述电催化氧化反应包括析氧反应，5-羟甲基糠醛、甘油和葡萄糖等有机物氧化反应。
15、本专利技术的有益效果是：
16、本专利技术提供了一种用于电催化氧化反应的无定形纳米催化剂制备方法，利用金属阳离子与含氧阴离子的低溶度积常数原理，结合胶体磨大规模制备无定形纳米催化剂，方法简化催化剂的制备过程，无需高温煅烧或高压气体，能耗少，可实现规模化制备催化剂，且其性能与实验室小规模制备的催化剂性能一致，便于制备大面积电极用于规模化电催化氧化反应；制备得到的纳米催化剂为无定形结构，具有良好的催化活性，作为阳极催化剂参与电催化氧化反应时，表现出优于结晶性催化剂的电催化氧化性能，例如其电解水可得到较高的电流密度，也可以实现有机物的高效电催化氧化。
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1.一种用于电催化氧化反应的无定形纳米催化剂规模化制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的用于电催化氧化反应的无定形纳米催化剂规模化制备方法，其特征在于：所述金属阳离子为Cr3+、Fe3+、Fe2+、Co2+、Ni2+、Cu2+、Zn2+、Mn2+或Ru3+中的任意一种或多种；所述含氧阴离子为MoO42-、WO42-、VO42-、PO42-或BO42-中的任意一种或多种。
3.根据权利要求1所述的用于电催化氧化反应的无定形纳米催化剂规模化制备方法，其特征在于：所述金属阳离子前驱体溶液和含氧阴离子前驱体溶液的溶剂为水或乙醇。
4.根据权利要求1所述的用于电催化氧化反应的无定形纳米催化剂规模化制备方法，其特征在于：所述金属阳离子前驱体溶液的浓度范围为0.1mol/L～5mol/L，所述含氧阴离子前驱体溶液的浓度范围为0.1mol/L～5mol/L。
5.根据权利要求1所述的用于电催化氧化反应的无定形纳米催化剂规模化制备方法，其特征在于：所述金属阳离子与含氧阴离子组成的化合物的溶度积常数小于1×10-10。
<...【技术特征摘要】
1.一种用于电催化氧化反应的无定形纳米催化剂规模化制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的用于电催化氧化反应的无定形纳米催化剂规模化制备方法，其特征在于：所述金属阳离子为cr3+、fe3+、fe2+、co2+、ni2+、cu2+、zn2+、mn2+或ru3+中的任意一种或多种；所述含氧阴离子为moo42-、wo42-、vo42-、po42-或bo42-中的任意一种或多种。
3.根据权利要求1所述的用于电催化氧化反应的无定形纳米催化剂规模化制备方法，其特征在于：所述金属阳离子前驱体溶液和含氧阴离子前驱体溶液的溶剂为水或乙醇。
4.根据权利要求1所述的用于电催化氧化反应的无定形纳米催化剂规模化制备方法，其特征在于：所述金属阳离子前驱体溶液的浓度范围为0.1mol/l～5mol/l，所述含氧阴离子前驱体溶液的浓度范围为0.1mol/l～5mol/l。
5.根据权利要求1所述的用于电催化氧化反应的无定形纳米催化剂规模化制备方法，...
【专利技术属性】
技术研发人员：邵明飞，周华，姚秉昕，任悦，栗振华，段雪，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：
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