【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及过氧化氢催化剂和过氧化氢合成，尤其涉及一种原子级铜基催化剂及其制备方法和大电流电合成过氧化氢应用。
技术介绍
1、过氧化氢(hydrogen peroxide，h2o2)是一种环保型氧化剂，具有较强的氧化性和环境友好性，作为漂白剂和消毒剂广泛应用于化工、医疗、环境保护等领域，需求量巨大。
2、传统工业上，h2o2主要通过蒽醌法生产，该方法高度依赖于昂贵钯等催化剂，属于能源密集型工艺，但是此过程制备工艺复杂，且运输成本高、运输方式安全系数低。除此之外，过氧化氢的主要合成方法还有氢氧直接合成法、电解法、异丙醇氧化法、电化学合成法等。
3、其中，催化氢气与氧气合成过氧化氢也是一种可选择的方法，但是h2o2的产率较低，氢气的暴露也会造成一定的安全问题。电化学双电子氧还原反应(2e-orr)是在环境条件下直接合成h2o2的理想绿色途径，无任何有害副产物，该反应具有效率高、操作安全、可以小规模分散生产等优点。
4、就目前的发展状况而言，贵金属基催化剂、过渡金属催化剂、单原子催化剂、碳基催化剂等都有着自己的发展与优势。然而，orr的2e转移和缓慢的动力学特性严重阻碍了这一反应过程，较高的过电位限制了氧还原产物h2o2的实际应用，这就需要高性能的催化剂来驱动2e-orr。
5、近些年来，科研工作人员不断追求高效、高选择性、高稳定性的非金属催化剂，如金属化合物、金属有机框架、碳基材料等，实验证明确实具有良好的orr活性和2e-orr选择性。其中，具有原子分离活性位点锚定在载体上的过渡金
技术实现思路
1、为解决上述问题，本专利技术提供一种原子级铜基催化剂及其制备方法和大电流电合成过氧化氢应用，使用cu基金属有机框架hkust-1作为前体，调控设计合成了单原子掺杂碳基催化剂。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了一种原子级铜基催化剂，原子级铜基催化剂为cu单原子与cu团簇共存的负载在无定形碳基底上的电催化剂cusa-cuclu@c。
3、一种如上述的原子级铜基催化剂的制备方法，包括如下步骤：
4、s1、制备cu基金属有机框架hkust-1作为前体；
5、s2、对步骤s1制备的cu基金属有机框架hkust-1进行高温碳化，将金属有机框架转化为无定形碳基底，将cu2+还原为cu纳米颗粒，得到cu@c催化剂；
6、s3、通过hcl刻蚀步骤s3制备的cu@c催化剂得到cusa-cuclu@c。
7、优选地，步骤s1中，制备cu基金属有机框架hkust-1的具体方法包括：
8、制备36.4mg/ml硝酸铜水合物的甲醇溶液和17.5mg/ml均苯三甲酸的甲醇溶液；将硝酸铜水合物的甲醇溶液加至均苯三甲酸的甲醇溶液中混合至溶液由浅蓝色变为天蓝色；
9、在室温下继续搅拌2h，所得沉淀物离心分离后用甲醇清洗，将清洗后的沉淀物60℃真空干燥12h，得到cu基金属有机框架hkus t-1。
10、优选地，步骤s2中，cu@c催化剂的制备方法包括：将hkus t-1在850℃的n2气氛下以5℃/min的升温速率高温煅烧3h，制得cu@c催化剂。
11、优选地，步骤s3中，将cu@c浸入5％hcl中进行刻蚀。
12、优选地，步骤s3中，hcl质量分数为5％；刻蚀时间为36h。
13、本专利技术一种原子级铜基催化剂及其制备方法和大电流电合成过氧化氢应用，具有以下有益效果：
14、(1)本专利技术使用cu基金属有机框架hkust-1作为前体，调控设计合成了单原子掺杂碳基催化剂；hkust-1可以将金属离子固定和分散在有机框架中；在随后的高温碳化阶段，在将有机框架转化为无定形碳基底的同时，使cu2+还原为cu纳米颗粒，并通过hcl的进一步刻蚀得到cu单原子与cu团簇共存的负载在无定形碳基底上的电催化剂(cusa-cuclu@c)；
15、(2)通过cu单原子与团簇间的协同作用进一步调控了cu单原子的局域微环境，实现了高产量合成过氧化氢。
16、(3)电化学结果表明，当cu单原子与团簇共存时，2e-orr性能得到了提升，其选择性达到了89％，过氧化氢产量达到了31.02mg cm-2h-1；通过连续12h的稳定性实验，此催化剂仍保持了良好的稳定性，约为88％；
17、(4)毒化实验表明，相较于单独的cu单原子或cu团簇催化剂，cusa-cuclu@c实现了增强的过氧化氢的催化活性以及选择性，表明其高催化活性来自cusa-cuclu@c中的cu单原子与团簇的协同作用；
18、(5)证明了单原子催化剂中的多位点效应，为设计高效、低廉的电催化剂提供了新思路；同时还为电催化orr高效转化为h2o2迈进坚实一步。
19、下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。
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1.一种原子级铜基催化剂，其特征在于：原子级铜基催化剂为Cu单原子与Cu团簇共存的负载在无定形碳基底上的电催化剂CuSA-Cuclu@C。
2.一种如权利要求1所述的原子级铜基催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种原子级铜基催化剂的制备方法，其特征在于，步骤S1中，制备Cu基金属有机框架HKUST-1的具体方法包括：
4.根据权利要求2所述的一种原子级铜基催化剂的制备方法，其特征在于，步骤S2中，Cu@C催化剂的制备方法包括：将HKUST-1在850℃的N2气氛下以5℃/min的升温速率高温煅烧3h，制得Cu@C催化剂。
5.根据权利要求2所述的一种原子级铜基催化剂的制备方法，其特征在于，步骤S3中，将Cu@C浸入5％HCl中进行刻蚀。
6.一种如权利要求2～5任一项所述的一种原子级铜基催化剂的制备方法所制备的原子级铜基催化剂在大电流电合成过氧化氢中的应用。
【技术特征摘要】
1.一种原子级铜基催化剂，其特征在于：原子级铜基催化剂为cu单原子与cu团簇共存的负载在无定形碳基底上的电催化剂cusa-cuclu@c。
2.一种如权利要求1所述的原子级铜基催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种原子级铜基催化剂的制备方法，其特征在于，步骤s1中，制备cu基金属有机框架hkust-1的具体方法包括：
4.根据权利要求2所述的一种原子级铜基催...
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