一种形貌依赖的光电极材料及其制备方法和在生产H2O2中的应用

本发明属于光电催化生产高附加值化学品，特别涉及一种形貌依赖的光电极材料及其制备方法和在光电催化氧还原生产h2o2方面的应用。

背景技术：

1、过氧化氢(h2o2)是一种新型高效的清洁能源，它相对于h2来说有更好的稳定性，且具有能量密度高、运输成本低等优点，极大提高了它的可实用性。目前，h2o2工业生产主要采用蒽醌法，但是该工艺存在使用贵金属催化剂、高能量输入等弊端。因此，开发一种经济、高效的替代方案是人们的迫切需要。

2、光电催化技术是利用可再生的太阳光作为能源，并在电驱动下加快光生载流子的分离，以提高太阳能转换成化学能的转化效率。该技术已被广泛应用在各种催化领域，包括析氢、加氢、析氧、co2还原、合成氨等。光电催化生产h2o2主要通过阴极的氧还原(orr)反应进行(o2+2h++2e-＝h2o2,e(o2/h2o2)＝+0.68v vs.nhe；o2+e-→·o2-,e＝-0.33v vs.nhe,·o2-+2h++e-→h2o2,e＝+1.44v vs.nhe)。但该方法目前面临载流子分离效率低、需要额外牺牲剂、可见光利用率低等问题。因此，设计一种具有高效生产h2o2的新型光电极材料至关重要。

技术实现思路

1、为了解决上述存在的技术问题，本发明的目的是提供一种高效生产h2o2的形貌依赖的光电极材料及其制备方法和在光电催化氧还原生产h2o2方面的应用。

2、本发明采用的技术方案是：一种形貌依赖的光电极材料，是将不同形貌的ceo2与mgin2s4纳米粒子复合获得的光电极材料mgin2s4@ceo2；按质量百分比含有1～5％的mgin2s4；所述不同形貌的ceo2是制备过程中通过调节水和乙醇的体积比获得的具有八面体的ceo2或具有纺锤体的ceo2或具有球体的ceo2。

3、一种形貌依赖的光电极材料的制备方法，包括如下步骤：

4、1)不同形貌ceo2的制备：将ce(no3)3·6h2o和聚乙烯吡咯烷酮溶解在水和乙醇的混合溶液中，混合物搅拌30～40min后转移至高压釜中175～185℃加热12～13h，经洗涤、干燥后得到不同形貌ceo2；

5、2)不同形貌mgin2s4@ceo2的制备：将mg(no3)2·6h2o、in(no3)3和硫代乙酰胺超声溶解在去离子水中，混合溶液超声处理10～15min后加入不同形貌ceo2并搅拌0.5～1.0h，然后在76～85℃的油浴中剧烈搅拌2～3h，沉淀物经洗涤干燥，获得mgin2s4@ceo2。

6、进一步的，步骤1)中，水和乙醇的混合溶液中，按体积比，水:乙醇＝22:3时，获得具有八面体形貌的ceo2。

7、进一步的，步骤1)中，水和乙醇的混合溶液中，按体积比，水:乙醇＝25:0时，获得具有纺锤体形貌的ceo2。

8、进一步的，步骤1)中，水和乙醇的混合溶液中，按体积比，水:乙醇＝24:1时，获得具有球体形貌的ceo2。

9、本发明提供的一种形貌依赖的光电极材料作为工作电极在光电催化生产h2o2中的应用。

10、进一步的，方法如下：

11、1)mgin2s4@ceo2光电极的制备：将光电极材料mgin2s4@ceo2分散到去离子水中，加入萘酚溶液，超声分散后，均匀沉积在碳毡上，干燥后形成均匀的mgin2s4@ceo2薄层，获得mgin2s4@ceo2光电极；

12、2)以mgin2s4@ceo2光电极为工作电极，对电极pt片，参比电极ag/agcl，组成三电极体系；0.1m na2so4溶液作为电解质溶液，使用10m hclo4调节溶液ph为1～5，太阳光作为光源，通过水循环冷凝装置控制反应体系在10～20℃，催化反应开始前在黑暗条件下向溶液中持续通入o2 30～40min，在-0.5v vs.ag/agcl偏压下进行光电催化生产h2o2。

13、本发明的有益效果是：

14、1、本发明通过简单的溶剂热法，控制溶剂的组成制备了具有八面体结构、纺锤体结构、球体结构的ceo2材料，调控ceo2的形貌及其氧空位的含量，进一步在其表面负载mgin2s4(mis)纳米粒子，构建mis@ceo2异质结光电极材料，在可见光驱动下，高效还原o2生产h2o2。

15、2、本发明制备的光电催化材料mis@ceo2-o比mis@ceo2-s、mis@ceo2-sph具有更低氧空位浓度，降低了其h2o2分解速率，明显提升了h2o2的产量，有助于推动光电催化技术在清洁能源生产领域的应用。

技术特征：

1.一种形貌依赖的光电极材料，其特征在于，所述形貌依赖的光电极材料是，将不同形貌的ceo2与mgin2s4纳米粒子复合获得的光电极材料mgin2s4@ceo2；按质量百分比含有1～5％的mgin2s4；所述不同形貌的ceo2是制备过程中通过调节水和乙醇的体积比获得的具有八面体的ceo2或具有纺锤体的ceo2或具有球体的ceo2。

2.权利要求1所述的一种形貌依赖的光电极材料的制备方法，其特征在于，制备方法包括如下步骤：

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，水和乙醇的混合溶液中，按体积比，水:乙醇＝22:3时，获得具有八面体形貌的ceo2。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，水和乙醇的混合溶液中，按体积比，水:乙醇＝25:0时，获得具有纺锤体形貌的ceo2。

5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，水和乙醇的混合溶液中，按体积比，水:乙醇＝24:1时，获得具有球体形貌的ceo2。

6.权利要求1所述的一种形貌依赖的光电极材料作为工作电极在光电催化生产h2o2中的应用。

7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，方法如下：

技术总结本发明涉及一种形貌依赖的光电极材料及其制备方法和在生产H<subgt;2</subgt;O<subgt;2</subgt;中的应用。将Mg(NO<subgt;3</subgt;)<subgt;2</subgt;·6H<subgt;2</subgt;O、In(NO<subgt;3</subgt;)<subgt;3</subgt;和硫代乙酰胺依次超声溶解在去离子水中，于所得混合溶液中加入所制备的不同形貌的CeO<subgt;2</subgt;并搅拌0.5h，在油浴中进行恒温反应，产物经洗涤干燥得到八面体形貌的MIS@CeO<subgt;2</subgt;‑O、纺锤体形貌的MIS@CeO<subgt;2</subgt;‑S和球体形貌的MIS@CeO<subgt;2</subgt;‑Sph复合材料。本发明制备的光电催化材料MIS@CeO<subgt;2</subgt;，用于高效快速催化O<subgt;2</subgt;还原生产H<subgt;2</subgt;O<subgt;2</subgt;，有助于推动光电催化技术在生产清洁能源领域的应用。技术研发人员：刘雪岩,高嘉璐,张蕾受保护的技术使用者：辽宁大学技术研发日：技术公布日：2024/5/16