一种铂修饰的四氧化三钴催化剂及其制备方法和应用

本申请涉及一种铂修饰的四氧化三钴催化剂及其制备方法和应用，属于催化材料。

背景技术：

1、作为可持续、干净的能源，h2是未来能源战略中必不可少的部分。电解水是生产清洁和超纯氢气的有效办法。然而，受限于阳极析氧反应的缓慢反应动力学，水分解的理论电压为1.23v。此外，阳极产生的氧气还容易与阴极产生的h2混合发生爆炸。而用有机物氧化代替析氧反应安全又经济，不仅可以降低槽压，还可以在阳极产生高附加值的化学产物。其中，甘油是生产生物柴油的副产品，一吨生物柴油大约可产生100kg甘油。近年来，随着生物柴油工业的快速发展，甘油产量逐年增加，导致甘油的价格大幅下跌。然而甘油是一种重要的生物质资源，可通过氧化、酯化、醚化、酸化等工艺转化为各式各样的高附加值化工产品，如甘油醛、甘油酸、羟基丙二酸、二羟基丙酮、草酸、乳酸、乙醇酸和甲酸等。与传统的热催化和微生物发酵过程相比，电催化在甘油氧化中具有许多独特的优势。首先，反应在常温常压中进行，对环境友好；其次，甘油的氧化电位远低于水；最后，可以通过调控催化剂和电催化过程控制产物的选择性。因此，发展具有优异甘油电氧化性能的催化剂至关重要。

技术实现思路

1、本申请提供了一种铂修饰的四氧化三钴催化剂，所述铂修饰的四氧化三钴催化剂包括铂和四氧化三钴；所述铂负载在所述四氧化三钴上；

2、所述铂为纳米片铂组装成的微米球状。本发明提供的铂修饰的四氧化三钴催化剂具有优异的电催化性能，在甘油电氧化中展现出较低氧化电位和较高甘油酸选择性；其制备方法简单易行，易于扩大生产。

3、根据本申请的第一方面，提供了一种铂修饰的四氧化三钴催化剂，所述铂修饰的四氧化三钴催化剂包括铂和四氧化三钴；所述铂负载在所述四氧化三钴上；

4、所述铂为纳米片铂组装成的微米球状。

5、可选地，所述铂与所述四氧化三钴的摩尔比为0.5-10。

6、可选地，所述铂与所述四氧化三钴的摩尔比上限选自10、9、8、7、6、5、4、3、2、1，下限选自0.5、1、2、3、4、5、6、7、8、9。

7、可选地，所述铂修饰的四氧化三钴催化剂还包括导电基底；所述铂修饰的四氧化三钴催化剂负载在所述导电基底表面。

8、可选地，本发明所述铂修饰的四氧化三钴催化剂与所述导电基底的质量可根据实际需要调整。

9、本发明提供的铂修饰的四氧化三钴催化剂在甘油电氧化中展现出较低的氧化电位和较高的甘油酸选择性。

10、根据本申请的第二方面，提供了一种上述铂修饰的四氧化三钴催化剂的制备方法，所述制备方法包括：

11、含有铂化合物的溶液为电解液，四氧化三钴为工作电极，进行电化学沉积，得到所述铂修饰的四氧化三钴催化剂。

12、可选地，所述电化学沉积为恒电位法电化学沉积。

13、可选地，所述铂化合物为氯铂酸；

14、优选地，所述电解液中氯铂酸的浓度为0.01-0.1m。

15、可选地，所述电解液中氯铂酸的浓度上限选自0.1m、0.08m、0.06m、0.04m、0.02m，下限选自0.01m、0.02m、0.04m、0.06m、0.08m。

16、可选地，所述电化学沉积的沉积电位为-0.1～-1v；沉积时间为100-1800s。

17、可选地，所述电化学的沉积电位上限选自-1v、-0.8v、-0.6v、-0.4v、-0.2v，下限选自-0.1v、-0.8v、-0.6v、-0.4v、-0.2v。

18、可选地，所述电化学沉积的沉积时间上限选自1800s、1400s、1000s、800s、600s、400s、200s，下限选自100s、1400s、1000s、800s、600s、400s、200s。

19、可选地，采用三电极模式进行电化学沉积。

20、可选地，所述四氧化三钴通过下述方法制备得到：

21、步骤s1，含有钴盐的溶液为电解液，导电基底为工作电极，采用三电极模式进行电化学沉积，得到氢氧化钴；

22、步骤s2，将所述氢氧化钴进行热处理，得到所述四氧化三钴；

23、优选地，所述钴盐选自硝酸钴。

24、可选地，所述电化学沉积为恒电位法电化学沉积。

25、可选地，所述含有钴盐的溶液的浓度为0.01-0.4m。

26、可选地，所述含有钴盐的溶液的浓度上限选自0.4m、0.3m、0.2m、0.1m、0.05m；下限选自0.01m、0.3m、0.2m、0.1m、0.05m。

27、可选地，所述步骤s1中电化学沉积的条件为：沉积电位为-0.5～-1.5v，沉积时间为100-3600s。

28、可选地，所述步骤s2中，所述热处理的条件为：热处理温度为300-600℃，时间为0.5-8h。

29、可选地，所述热处理的温度上限选自600℃、500℃、400℃，下限选自300℃、400℃、500℃。

30、可选地，所述热处理的时间上限选自8h、6h、4h、2h、1h，下限选自0.5h、6h、4h、2h、1h。

31、根据本申请的第三方面，提供了一种甘油电氧化制甘油酸的方法，所述方法包括：铂修饰的四氧化三钴催化剂为工作电极，hg/hgo为参比电极，石墨棒为对电极，含有甘油的混合物为电解液，电氧化得到甘油酸；所述铂修饰的四氧化三钴催化剂选自上述铂修饰的四氧化三钴催化剂。

32、本申请能产生的有益效果包括：

33、1)本发明提供的铂修饰的四氧化三钴催化剂具有优异的电催化性能，在甘油电氧化中展现出较低的氧化电位和较高的甘油酸选择性。

34、2)本发明提供的铂修饰的四氧化三钴催化剂的制备方法简单易行，易于扩大生产。

技术特征：

1.一种铂修饰的四氧化三钴催化剂，其特征在于，所述铂修饰的四氧化三钴催化剂包括铂和四氧化三钴；所述铂负载在所述四氧化三钴上；

2.根据权利要求1所述的铂修饰的四氧化三钴催化剂，其特征在于，所述铂与所述四氧化三钴的摩尔比为0.5-10。

3.根据权利要求1或2所述的铂修饰的四氧化三钴催化剂，其特征在于，所述铂修饰的四氧化三钴催化剂还包括导电基底；所述铂修饰的四氧化三钴催化剂负载在所述导电基底表面。

4.权利要求1至3任一项所述的铂修饰的四氧化三钴催化剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述电化学沉积为恒电位法电化学沉积。

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述铂化合物为氯铂酸；

7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述电化学沉积的沉积电位为-0.1～-1v；沉积时间为100-1800s。

8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，采用三电极模式进行电化学沉积。

9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述四氧化三钴通过下述方法制备得到：

10.一种甘油电氧化制甘油酸的方法，其特征在于，所述方法包括：铂修饰的四氧化三钴催化剂为工作电极，hg/hgo为参比电极，石墨棒为对电极，含有甘油的混合物为电解液，电氧化得到甘油酸；所述铂修饰的四氧化三钴催化剂选自权利要求1至3任一项所述的铂修饰的四氧化三钴催化剂。

技术总结本发明公开了一种铂修饰的四氧化三钴催化剂及其制备方法和应用，所述铂修饰的四氧化三钴催化剂包括铂和四氧化三钴；所述铂负载在所述四氧化三钴上；所述铂为纳米片铂组装成的微米球状。本发明提供的铂修饰的四氧化三钴催化剂具有优异的电催化性能，在甘油电氧化中展现出较低氧化电位和较高甘油酸选择性；其制备方法简单易行，易于扩大生产。技术研发人员：吴忠帅,李晨阳受保护的技术使用者：中国科学院大连化学物理研究所技术研发日：技术公布日：2024/4/24