[发明专利]一种炭黑@多巴胺电催化剂的制备方法及其应用

说明书

本发明涉及纳米材料技术领域，公开了一种炭黑@多巴胺电催化剂的制备方法及其应用，其制备方法包括：采用多巴胺盐酸盐、炭黑和氨水一步法反应得到初产物，初产物经离心、干燥处理后，通过酸蚀刻、干燥得到所述粉末状炭黑@多巴胺电催化剂；在碱性介质中的2e^‑ORR产H₂O₂的反应中，PDA的修饰显著降低了过电位；提高了对H₂O₂的选择性，可达到99％；提高了H₂O₂产率，可达到3400mmol gcat^‑1h^‑1，是碱性介质中2e^‑ORR反应中效果最好的催化剂之一；在碱性介质中，鉴于炭黑@多巴胺电催化剂优异的催化性能和价格低廉，该研究为许多分散应用的可持续和安全生产H₂O₂铺平了道路。

技术领域

本发明涉及纳米材料技术领域，具体涉及一种炭黑@多巴胺电催化剂的制备方法。

背景技术

过氧化氢(H₂O₂)是一种重要的化学物质，在工业、医药和环境保护等方面有着广泛的应用。由于H₂O₂具有很强的氧化特性，被认为是一种很有前途的水处理候选者，并且可以用于消毒，造纸漂白，电子器件表面处理等多个领域，H₂O₂可作为有潜力的能量载体，市场增长强劲，预计将在2027年达到21亿美元。目前的H₂O₂合成完全依赖于高耗能高污染的蒽醌法，即通过蒽醌与氢气(H₂)氢化，然后在有机溶剂中被氧气(O₂)氧化间接生成的，这是一个多步骤的过程，需要大量的能量输入，同时伴有大量的有机废物的产生既不经济也不环保，生产步骤繁杂，生产原料需要用到氢气，消耗大量化石能源，产出H₂O₂杂质多。此外，该方法产生的H₂O₂浓度高(高达70wt％)，而高浓度双氧水作为一种危险化学品，会对运输过程产生潜在的安全问题，且与只需要低浓度H₂O₂的最终用户需求不匹配。(H.Sheng，A.N.Janes，R.D.Ross，D.Kaiman，J.Huang，B.Song，J.Schmidt and S.Jin，EnergyEnviron.Sci.，2020，13，4189–4203；S.Yang，A.Verdaguer-Casadevall，L.Arnarson，L.Silvioli，V.Colic，R.Frydendal，J.Rossmeisl，I.ChorkendorffandI.E.L.Stephens，ACS Catal.，2018，8，4064–4081.)

另一种方法就是氢气和氧气直接合成。该路径可以提供连续的H₂O₂生产模式，并实现分散生产。但是对H₂O₂的选择性和H₂O₂的产率通常很低，而且其成本十分高昂。此外，与氢气和氧气混合过程中存在的爆炸风险进一步阻碍了该工艺的实际应用。为此，在需求端附近以安全高效的方式生产H₂O₂是非常受欢迎的。