[发明专利]一种应用于电催化氧还原合成过氧化氢的固体电解质及其制备方法

说明书

本发明的目的在于提供一种新型电催化氧还原合成过氧化氢的固体电解质的制备方法。具体步骤包括：对强酸性阳离子树脂的预处理，然后将nafion包裹树脂并烘干以及对树脂进行研磨掺杂，得到固体电解质。本发明通过对树脂的处理调控，通过nafion包裹和研磨的方式，实现更高的覆盖率和质子传导率，得到更高的电流密度以及过氧化氢的生成速率，并实现过氧化氢浓度的可调。

技术领域

本发明属于新能源材料技术领域，具体涉及一种应用于过氧化氢合成的燃料电池的固体电解质及其制备方法。

背景技术

过氧化氢是一种环保氧化剂，广泛应用于工业和家庭，包括纸浆和纺织品漂白、废水处理、化学合成、势能载体，使过氧化氢成为世界上最重要的化学物质之一。目前，工业制过氧化氢主要分为三种方法：蒽醌法，氢氧直接合成法以及电化学氧还原制氢；其中，工业生产H₂O₂以蒽醌法为主，占总产量的95％。尽管蒽醌生产量大，但是它运输与储存成本高，且高浓度的过氧化氢具有爆炸的潜在危险。所以对于过氧化氢的生产，迫切的需要更安全更环保的生产过程。而利用氧还原反应电合成过氧化氢弥补了以往方法的缺点，提供了有效、安全、无害的生产方式。此外，在水环境中利用燃料电池配置，可以实现连续可调的过氧化氢纯溶液的生产，有效降低成本。

传统两腔室的测试体系通常会受到传质的限制，导致其转换活性极低。通过装置固体电解质板形成三腔室体系加强了气液传质，从而提高了过氧化氢的生产速率和分离效率。目前，在电池配置中，包括膜电极(MEA)、多孔固体电解质层(PorousSE)、双极板等。其中多孔固体电解质层包含阴离子或阳离子固体导体，其可以由具有不同官能团的离子导电聚合物、无机化合物或者陶瓷等其他类型的固体电解质材料组成。由于聚合物离子导体在室温下具有高离子传导速率，且稳定性高，故广泛应用于电化学中。通常情况下阳离子的传导速率远高于阴离子，故一般选用阳离子传导固体作为电解质。固体电解质极大程度影响了电池测试时的阻抗，从而影响过氧化氢的生产速率及浓度。但是商用的固体电解质微球很难满足液体腔室构建需要，通常存在由于填隙率低导致活性差和由填充不平实导致的穿膜等问题，故制备高质子传导率的固体电解质已成为当前电合成过氧化氢的研究重点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应用于电催化氧还原合成过氧化氢的固体电解质及制备方法，通过nafion包裹强酸性阳离子树脂以及研磨树脂的方法，以实现电池阻抗的降低，并且通过调整比例来实现过氧化氢浓度的可调性。具体包括如下步骤：

步骤1预处理强酸性阳离子树脂

(01)取一定量的树脂置于超纯水中，洗涤数次。

步骤(01)中，树脂为强酸性阳离子树脂(NA)，称取量为1.0g～2.0g。

(02)取一定量的浓H₂SO₄溶于水配置成3％～5％的硫酸溶液。将树脂浸泡于硫酸中浸泡一段时间，后用超纯水洗涤。

步骤(02)中，所述浓H₂SO₄为8.3ml～13.9ml。

步骤(02)中，浸泡时间为2小时。

(03)取一定量的NaOH溶于水配置成3％～5％的氢氧化钠溶液。将树脂浸泡于碱液中浸泡一段时间，后用超纯水洗涤。

步骤(03)中，所述NaOH为15.24g～25.68g。

步骤(03)中，浸泡时间为2小时。

(04)将树脂浸泡于硫酸中浸泡一段时间，后用超纯水洗涤，烘干。

步骤(04)中，浸泡时间为2小时，烘箱温度为50℃。

步骤2Nafion包裹树脂

(05)称取一定量的干燥后的树脂，加入一定量的5％nafion溶液。