[发明专利]一种Co,Zn双金属共掺杂碳电催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种Co,Zn双金属共掺杂碳电催化剂及其制备方法和应用。属于催化技术领域。具体制备方法如下：将水杨酸，乙酸钴，乙酸锌，KIT‑6和PVP分散于乙二醇水溶液中，用氨水调整混合溶液pH为7并搅拌后进行恒温反应，所得产物真空干燥后煅烧，冷却至室温，用氢氟酸除去磨板KIT‑6后再次加热进行回流反应，所得产物用去离子水和乙醇洗涤，干燥后得到目标产物Co,Zn‑N‑C。在特定附加偏压作用下，该催化剂在0.1M KOH中经3h的电催化反应合成过氧化氢产量达3215mmol·Lsupgt;‑1/supgt;·gsubgt;cat/subgt;supgt;‑1/supgt;。本发明具有简便、高效、成本低等特点能够应用于电催化合成高附加值化学增值品等领域。

技术领域

本发明涉及一种Co,Zn双金属共掺杂碳电催化剂及其制备方法和在电催化制备H₂O₂中的应用，主要针对于工业上大规模生产H₂O₂，属于高附加值化学品、催化剂生产技术领域。

背景技术

过氧化氢(H₂O₂)作为一种仅以水和氧气为副产物的清洁化学氧化剂，是世界上最重要的100种化学物质之一，是生态友好的能量载体、氧化剂和环境修复剂。目前H₂O₂的工业合成方法主要有电解法、蒽醌法、异丙醇法、氢气氧气直接合成法等。但传统的方法由于工艺复杂、成本高且产生大量的废弃有毒副产物等限制了这几种方法的实际应用。近年来，电催化生产H₂O₂受到了人们越来越多的关注，直接利用电能输入、空气(O₂的来源)和水在室温下高效高选择性的合成H₂O₂，操作简单，环境友好，而其实际应用仅需要高效的催化剂。因此，开发经济、高效、高选择性、高稳定性的电催化材料，是实现电催化制H₂O₂的技术关键。

迄今为止对电催化制备过氧化氢具有突出的电催化活性的催化剂是贵金属材料，但是其具有稀有、价格昂贵、对H₂O₂自分解有很强的催化作用等特点限制了它们在实际大规模应用中的发展。因此，开发低成本、高效的非贵金属基催化剂势在必行。

碳基材料因廉价、地球丰富、高比表面积、可调的孔隙率和电子结构易于调节的特点，是公认的有望替代贵金属基催化剂以制备H₂O₂的电催化材料。然而，纯碳材料通常是无活性的。因此，活化碳材料并使其成为高效的电催化剂来生成H₂O₂是必不可少的。碳基体中的杂原子掺杂，如N、O等的掺杂，已被证明是提高催化合成H₂O₂选择性的有效手段。当金属引入碳材料后，材料的电荷密度会受到金属原子和相邻碳原子之间的相互作用影响，进而提高电催化活性。因此，可以通过引入不同金属原子和不同电负性杂原子实现纳米材料电子结构的调控，进而获得更高的电催化活性和H₂O₂选择性。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种Co,Zn双金属共掺杂碳电催化剂的制备方法。

本发明的目的之二是提供一种利用Co,Zn双金属共掺杂碳电催化剂电催化制备过氧化氢的方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种Co,Zn双金属共掺杂碳电催化剂，所述Co,Zn双金属共掺杂碳电催化剂，制备方法包括如下步骤：将水杨酸，乙酸钴，乙酸锌，KIT-6和PVP分散于乙二醇水溶液中，用氨水调整混合溶液pH为7并搅拌后进行恒温反应，所得产物真空干燥后煅烧，冷却至室温，用氢氟酸除去磨板KIT-6后再次加热进行回流反应，所得产物用去离子水和乙醇洗涤，干燥后得到目标产物Co,Zn-N-C。

优选地，上述的一种Co,Zn双金属共掺杂碳电催化剂，按质量比，水杨酸：乙酸钴：乙酸锌：KIT-6：PVP＝4835:622:548:1800:3000。