[发明专利]一种用于电催化制备过氧化氢的CoSe2

说明书

本发明公开了一种用于电催化制备过氧化氢的CoSe₂纳米催化剂及其制备方法，其为多晶型棒状CoSe₂，包括正交o‑CoSe₂和立方c‑CoSe₂，为立方相。该用于电催化制备过氧化氢的CoSe₂纳米催化剂及其制备方法，合成方式简单易操作，且合成过程可控。本发明中CoSe₂纳米催化剂是以CoCl₂·6H₂O，乙醇，N₂H₄·H₂O与NaOH为原材料，运用联氨还原法制备钴纳米粒子，之后将钴纳米粒子与硒粉机械混合，通过固相反应来制备CoSe₂纳米催化剂,制备中Co与Se的合金化过程会产生协同作用，且CoSe₂晶格阴离子可以分离活性金属位点。因此所制备催化剂在碱性环境中具有较高的催化活性与选择性，且具有较高的过氧化氢产率。

技术领域

本发明涉及纳米催化材料制备技术领域，具体为一种用于电催化制备过氧化氢的CoSe₂纳米催化剂及其制备方法。

背景技术

过氧化氢(H₂O₂)是一种强氧化剂，化学反应后的产物仅为H₂O，被认为是世界上最清洁和绿色的化工原料之一。H₂O₂的应用十分广泛，在纸浆，纺织工业，化妆品，食品和制药领域均有着重要的应用，具有较高纯度的H₂O₂还被用于火箭的助燃剂和电子工业当中。当今的H₂O₂生产工艺过程涉及了一种能耗巨大的蒽醌氧化还原过程，要实现这种反应，必须有复杂的、大规模的基础设施，并且在实际的生产中还会产生大规模的化学物品浪费。而通过电化学还原O₂来制备H₂O₂可以在室温、常压下进行，是目前最有前景的一种方法。

氧还原反应有2e^-生成H₂O₂和4e^-生成H₂O两种途径，催化剂的选择决定了具体的反应途径。目前，贵金属及其合金与碳材料已经被证明可用于电化学生产H₂O₂，但贵金属高昂的价格限制了其在工业上的大规模生产应用，碳材料催化反应速率慢且效率低，同样不适宜工业生产。化合物催化剂在催化合成H₂O₂方面是一种重要但相对未充分探索的领域。Ma等人设计了一种具有90％以上的高选择性的催化剂Ni₃B，选择性的提高主要来源于Ni和B原子的合金化过程产生的协同作用，这种协同作用可以为我们找到更多性能优异的催化剂提供一个好的实验方向。

虽然目前的催化剂已经达到了95％以上的选择性与数小时的稳定性，但电流密度较低，反应速率慢，因此，对于新型催化剂的开发，应侧重于提高电流密度，以提高能源效率，并扩大适用的H₂O₂潜力窗口，以灵活控制产品输出需求。针对这个问题，Sheng等人利用水热法合成了一种二硒化钴的结构多晶型物(正交o-CoSe₂和立方c-CoSe₂)，在酸性溶液中对2e^-ORR具有高活性和选择性，并且有着较高的H₂O₂生产电流密度。但这种水热法制备工艺复杂且安全性差，对此我们提出了一种固相反应的制备方法，可以简便且安全制备出所需CoSe₂纳米催化剂材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于电催化制备过氧化氢的CoSe₂纳米催化剂及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。