【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电化学合成与催化，具体涉及一种晶格应变cuo电催化剂制备方法及其甘油电氧化中的应用。
技术介绍
1、氢气在可再生能源的转化中起着关键作用。电解水制氢是一种很有前景的制绿氢的方法。然而，电解水阳极上的析氧反应（oer）存在热力学电位较高的固有的缺陷（1.23vrhe），导致大量的能量消耗，阻碍了电解水制氢方法的广泛应用。甘油是生物柴油生产过程中的一种副产物，每生产1吨生物柴油就会产生100公斤甘油。目前，甘油每年的过剩量超过了100万吨。通过电氧化甘油，可获得附加值更高的化学品，如甘油酸、乙醇酸和甲酸等。此外，甘油电氧化反应（gor）具有较低的热力学电位（0.69 vrhe），是一个理想的oer替代反应。尽管如此，gor的实际氧化电位仍然显著超过了其热力学反应电位，导致效率较低。因此，降低gor的过电位对提高电解效率和降低能源消耗至关重要。
2、gor的过电位主要取决于起始氧化电位，这与所使用催化剂的氧化还原电位密切相关。在被广泛研究的催化剂中，如镍基、钴基和铜基催化剂，gor的起始氧化电位分别与ni2+/ni3+、co2+/co3+和cu2+/cu3+的氧化还原电位有关。这些氧化还原电位通常是催化材料的固有特性且相对较高（例如，ni2+/ni3+，约为1.35 vrhe）。通过掺杂或其他改性方法难以显著降低这些氧化还原电位。这对开发具有低过电位的gor催化剂提出了重大挑战。
3、我们制备了一种晶格应变cuo催化剂。与传统的cuo不同的是，在该催化剂中，可通过应变诱导的cu+/cu2+可逆氧化
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于一种晶格应变cuo电催化剂制备方法及其在甘油电氧化中的应用，在甘油电氧化反应的阳极反应室中，加入cu盐形成甘油铜配合物。反应过程中，在泡沫镍、碳纸等电极上原位生成cuo。这种晶格应变cuo的cu+/cu2+可逆氧化还原电对可实现对甘油的间接电氧化。
2、为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：
3、晶格应变cuo电催化剂的制备方法，在碱性的甘油电氧化体系中，阳极室中加入cu盐得到含有甘油铜配合物的电解液，使用泡沫镍或碳纸等中的一种或二种以上导电基底作为电极，在给定电位下电解一定时间，得到在导电基底上负载的晶格应变cuo电催化剂。
4、进一步的，所述碱性甘油电氧化体系的ph≥13（优选≥14，更优选14），其为koh、naoh、lioh中的一种或二种以上的碱性水溶液；
5、所述cu盐为cuso4、cu(no3)2、cucl2中的一种或二种以上，cu盐浓度为0.01~0.05mol/l（优选0.03~0.05 mol/l，更优选0.05 mol/l）；
6、碱性水溶液中甘油浓度为0.05~0.5 mol/l（优选0.05~0.2 mol/l，更优选0.1mol/l）。
7、进一步的，甘油电氧化反应在质子交换膜隔开的h型电解池中进行；采用三电极体系，工作电极与参比电极置于阳极反应室中，对电极置于阴极反应室中，参比电极采用汞/氧化汞，对电极为石墨棒；
8、阳极室中加入cu盐得到含有甘油铜配合物的电解液，阴极室的电解液为ph≥13的koh、naoh、lioh中的一种或二种以上的碱性水溶液。
9、进一步的，所述晶格应变cuo电催化剂制备过程使用恒压电解过程：阳极电解液与工作电极的面积的比例为10~30 ml/cm2（优选10~20 ml/cm2，更优选12~15 ml/cm2）；
10、反应后电极上晶格应变cuo负载量为0.5 mg~10 mg（优选1~9 mg，更优选3~7 mg）。
11、进一步的，所述晶格应变cuo制备过程应在1.65~1.95 vrhe（优选1.7~1.8 vrhe，更优选1.75 vrhe）的电位下进行，时间为0.5~1小时（优选0.5~0.7小时，更优选0.5小时）。
12、进一步的，所述制备方法制备获得的晶格应变cuo电催化剂。
13、进一步的，所述的晶格应变cuo电催化剂在甘油电氧化中的应用，所述晶格应变cuo电催化剂在碱性甘油电氧化体系中电氧化甘油。
14、进一步的，所述碱性甘油电氧化体系的ph≥13（优选≥14，更优选14），其为koh、naoh、lioh中的一种或二种以上的碱性水溶液；
15、所述碱性水溶液中甘油浓度为0.05~0.5 mol/l（优选0.05~0.2mol/l，更优选0.1mol/l）；
16、甘油的起始氧化电位（0.9 vrhe）显著低于常规cuo（1.13 vrhe）。
17、所述晶格应变cuo电催化剂的制备方法如下：向甘油电氧化反应池中加入cu盐形成甘油铜可溶配合物，在甘油电氧化过程中，泡沫镍、碳纸等阳极表面可原位生成cuo（这种cuo晶格中含有大约1.7%的压应变，所以命名为晶格应变cuo）。晶格应变cuo的间接氧化机制显著降低了甘油的起始氧化电位，对降低甘油电氧化的能耗具有重要意义。
18、本专利技术原理如下：
19、利用甘油电氧化过程在泡沫镍、碳纸等导电基底上原位生成cuo具有特殊的间接电氧化甘油的性能。具体表现为，阳极的高电位将晶格应变释放，同时cuo中的cu+氧化至cu2+，生成的cu2+可以被甘油还原回到cu+，而甘油被氧化。这种间接电氧化机制是晶格应变cuo优异催化性能的来源。
20、本专利技术优点如下：
21、1.本专利技术可实现电解过程与制备过程的统一，省略了复杂的催化剂制备过程。同时可以利用这一特点实现原位的催化剂再生，具有工业化前景和潜力。
22、2.本专利技术所述的晶格应变cuo特殊的催化机制使其具有优异的甘油电氧化性能，显著优于常规的cuo催化剂。
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1.一种晶格应变CuO电催化剂的制备方法，其特征在于：在碱性的甘油电氧化体系中，阳极室中加入Cu盐得到含有甘油铜配合物的电解液，使用泡沫镍或碳纸中的一种或二种以上导电基底作为电极，在给定电位下电解一定时间，得到在导电基底上负载的晶格应变CuO电催化剂。
2.根据权利要求1所述晶格应变CuO电催化剂的制备方法，其特征在于：所述碱性甘油电氧化体系的pH≥13，其为KOH、NaOH、LiOH中的一种或二种以上的碱性水溶液；
3.根据权利要求1或2所述晶格应变CuO电催化剂的制备方法，其特征在于：甘油电氧化反应在质子交换膜隔开的H型电解池中进行；采用三电极体系，工作电极与参比电极置于阳极反应室中，对电极置于阴极反应室中，参比电极采用汞/氧化汞，对电极为石墨棒；
4.根据权利要求1所述晶格应变CuO电催化剂的制备方法，其特征在于：
5.根据权利要求1所述晶格应变CuO电催化剂的制备方法，其特征在于：所述晶格应变CuO制备过程应在1.65~1.95 VRHE的电位下进行，时间为0.5~1小时。
6.一种权利要求1-5任一项所述晶格应
7.一种权利要求6所述的晶格应变CuO电催化剂在甘油电氧化中的应用，其特征在于：所述晶格应变CuO电催化剂在碱性甘油电氧化体系中电氧化甘油。
8.根据权利要求7所述晶格应变CuO电催化剂在甘油电氧化中的应用，其特征在于：
...【技术特征摘要】
1.一种晶格应变cuo电催化剂的制备方法，其特征在于：在碱性的甘油电氧化体系中，阳极室中加入cu盐得到含有甘油铜配合物的电解液，使用泡沫镍或碳纸中的一种或二种以上导电基底作为电极，在给定电位下电解一定时间，得到在导电基底上负载的晶格应变cuo电催化剂。
2.根据权利要求1所述晶格应变cuo电催化剂的制备方法，其特征在于：所述碱性甘油电氧化体系的ph≥13，其为koh、naoh、lioh中的一种或二种以上的碱性水溶液；
3.根据权利要求1或2所述晶格应变cuo电催化剂的制备方法，其特征在于：甘油电氧化反应在质子交换膜隔开的h型电解池中进行；采用三电极体系，工作电极与参比电极置于阳极反应室中，对电极置于阴极反应室中，参比电...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘岗，齐伟，李云龙，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：
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