[发明专利]一种杂元素掺杂钙钛矿型氧还原电催化剂及其制备和应用

说明书

本发明公开了一种用于二电子氧还原电催化的杂元素掺杂钙钛矿型催化剂，其化学式为Ln_2‑yM_yNiO_4+δ、Ln₂Ni_1‑xB_xO_4+δ或Ln_2‑yM_yNi_1‑xB_xO_4+δ。其中，Ln为La、Pr或Nd中的一种或几种，M或B为掺杂元素。本发明还提供了该催化剂的制备方法，包括步骤：1）将可溶于水的稀土金属盐、掺杂源和Ni(NO₃)₂·6H2O溶解于水形成水溶液；将柠檬酸和乙二醇添加到水溶液中形成混合溶液，在60‑90°C加热获得凝胶并除去有机组分；2）前驱体在惰性气体氛围下高温煅烧，将煅烧产物球磨、干燥后得到所述催化剂。将本发明提供的催化剂用于电催化还原氧气制备双氧水，双氧水的生成选择性可达75%以上。

技术领域

本发明属于电催化剂技术领域，具体涉及一种氧还原电催化剂及其制备技术。

背景技术

过氧化氢 (H₂O₂) 是重要的基础化学品之一，它在造纸和纸浆制造、消毒、废水处理和化学合成等许多领域都有广泛的用途。目前双氧水制作要方法是2-乙基蒽醌法，该过程涉及H₂氢化，有机溶剂中氧化，萃取，纯化等多个步骤。这种传统方法使用大量H₂和其他类型的能源，并涉及多个催化反应，产生大量有机废物，需要大量复杂的分离操作才能获得高纯度的 H₂O₂以供使用。此外，为了运输和储存危险的浓缩H₂O₂，还需要大量的基础设施。一种新型的低能耗、低制造成本、高安全性的H₂O₂ 合成技术备受人们期待。

通过电催化路线将氧气(O₂)还原成过氧化氢 (H₂O₂)是一种新型的H₂O₂ 合成技术。与传统工艺相比，H₂O₂的电化学合成具有反应条件温和、CO₂排放量低、能量转换效率高、环境友好等显着优势，成为一种很有前景的替代方法。最近，已经证明几种金属基催化剂，特别是贵金属及其合金，对H₂O₂电化学制备具有很高的选择性。然而，贵金属成分的高成本和稀有性使得未来的大规模部署具有挑战性。

类钙钛矿催化剂，由于其物理和化学特性而被人们用于多种电化学反应作为催化。其具有低成本、晶体结构的高稳定性以及催化剂设计的巧妙灵活性等优点。然而，杂原子掺杂钙钛矿型催化剂用于电催化还原氧气(O₂)制备过氧化氢 (H₂O₂)的还未见报道。

发明内容

基于上述现有技术，本发明拟提供一种杂元素掺杂的钙钛矿型催化剂及其制备方法，该催化剂用于 2e-氧还原反应生成过氧化氢，具有高效率，且比相应的未掺杂钙钛矿型催化剂表现出更好的选择性。

为实现上述发明目的，本发明采用下述技术方案。