一种过硫酸盐电氧化介孔碳产过氧化氢的方法

本发明涉及一种产过氧化氢的方法，特别涉及一种过硫酸盐电氧化介孔碳用于电化学产过氧化氢的方法。

背景技术：

1、目前，在基于二电子氧还原反应产过氧化氢的碳基材料中，介孔碳材料具有成本低、孔径大、比表面积高、稳定性强等优点，更有利于反应物质的传输，并提供更多的反应活性位点，但是介孔碳材料的电化学惰性及二电子氧还原选择性低仍然限制了其在产过氧化氢中的应用。在碳材料的改性中，往往采用官能团调控的方法，其中氧官能团是尽人皆知的重要官能团，其能显著改变材料性能，并能作为二电子氧还原反应的活性位点。然而，传统的化学氧化存在操作繁琐等问题，且对于碳材料表面氧官能团的数量与类型难以实现精确调控。与化学氧化相比，基于过硫酸氢钾盐溶液的电氧化处理具有程序简单、条件温和、灵敏度高、绿色环保等优点，过硫酸根在电的催化下，生成硫酸根自由基、羟基基团对介孔碳材料表面进行攻击，通过控制电氧化的参数，实现对介孔碳缺陷位点、表面氧官能团进行精确调控，提高材料应用于二电子氧还原反应的选择性及活性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供基于过硫酸盐电氧化介孔碳用于高效二电子氧还原反应产过氧化氢的方法，克服传统的化学氧化操作繁琐等问题，通过电氧化的方式实现对介孔碳表面氧官能团进行精确调控，从而提高其在二电子氧还原反应中的选择性、电化学活性以及稳定性，实现过氧化氢的高效绿色生产。

2、一种过硫酸盐电氧化介孔碳产过氧化氢的方法，其特征包括如下步骤：

3、步骤一、将介孔碳材料与粘合剂混合成悬浮液，并将其均匀涂覆在未经任何处理的疏水碳纸中，介孔碳负载量为1～10 mg/cm2；

4、步骤二、将步骤一得到的材料作为工作电极；选择铂电极、铂网、铜电极、铜网或石墨棒作为对电极，ag/agcl、汞/硫酸亚汞电极或饱和甘汞电极作参比为电极，放入0.001～2mol/l过硫酸氢钾溶液中，进行电氧化，电氧化后的碳电极去离子水洗净并干燥；

5、步骤三、将电解质溶液，步骤二所得的电氧化后的碳电极作为工作电极、石墨棒作为对电极、ag/agcl（饱和氯化钾）作为参比电极放入配备选择性透过膜的双室电解池中，并以0.05～5 l/min对工作电极室进行氧气曝气，恒电位或恒电流电解，制备过氧化氢。

6、进一步地，介孔碳材料包括：fdu系列或cmk系列；所述粘合剂在全氟磺酸型聚合物（nafion）、导电炭黑或聚偏二氟乙烯其中之一选择。

7、所述电氧化法采用循环伏安、恒电位、恒流充放电、线性扫描、脉冲伏安或多电位阶跃法其中任意一种。

8、具体地，所述循环伏安法的主要参数为：电位区间0～8 v、扫描速率1～100 mv/s、循环圈数0.5～500圈；所述恒电位法参数为：电位区间0.1～8 v、电量范围0.1～10000 c；所述恒流充放电法参数为：电位区间0～8 v、电流范围0.001～0.5 a；所述线性扫描法参数为：电位区间0～8 v、扫描速率1～100 mv/s；所述脉冲伏安法参数为：基线电位0～8 v、脉冲周期0.01～10 s、电压步长0.001～0.05 v、脉冲宽度0.001～10 s；所述多电位阶跃法：阶跃次数1～12次、电位区间0～10 v、电位时间0.001～1000 s。

9、进一步地，步骤三中电解质溶液可以是酸性、中性、碱性；酸性溶液为0.001～2mol/l硫酸、硝酸、高氯酸或盐酸溶液其中之一；中性溶液为0.001～2 mol/l硫酸盐、硝酸盐、氯盐、钠盐、钾盐、锂盐或铵盐溶液其中之一；碱性溶液为0.001～2 mol/l氢氧化钾、氢氧化钠或氢氧化锂溶液任一溶液作为电解质溶液。

10、本发明的优点：本发明通过电氧化介孔碳，一方面可以避免了传统化学氧化操作繁琐等问题，另一方面可以实现对介孔碳表面氧官能团进行精确调控，提高催化剂的二电子氧还原反应选择性及催化活性。过硫酸根能在电催化下产生硫酸根自由基、羟基自由基，协同作用实现对介孔碳高效精确氧化，同时兼具高活性、高灵敏度及强的抗干扰能力。本发明制备工艺简单、操作方便、绿色环保；所调控的介孔碳催化剂具有催化活性高、ph适用范围广、抗干扰能力强的优点。

11、图1为本发明一种过硫酸盐电氧化介孔碳用于产过氧化氢的方法的工艺流程图；

12、图2为实施例1采用循环伏安法电氧化材料的循环伏安图；

13、图3为实施例1电氧化后材料的x射线光电子碳元素精细能谱图，其中raw代表未经处理的材料；

14、图4为实施例2电氧化后材料的x射线光电子氧元素精细能谱图，其中raw代表未经处理的材料；

15、图5为实施例3电氧化后材料傅里叶变换红外光谱图，其中raw代表未经处理的材料；

16、图6为实施例4电氧化后材料的氧含量图，其中raw代表未经处理的材料；

17、图7为实施例4电氧化后材料的氧还原电化学测试及其对于过氧化氢的选择性，其中raw代表未经处理的材料。

技术特征：

1.一种过硫酸盐电氧化介孔碳产过氧化氢的方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种过硫酸盐电氧化介孔碳产过氧化氢的方法，其特征在于，所述介孔碳材料包括：fdu系列或cmk系列；所述粘合剂在全氟磺酸型聚合物（nafion）、导电炭黑或聚偏二氟乙烯其中之一选择。

3.根据权利要求1所述的一种过硫酸盐电氧化介孔碳产过氧化氢的方法，其特征在于，所述电氧化法采用循环伏安、恒电位、恒流充放电、线性扫描、脉冲伏安或多电位阶跃法其中任意一种。

4.根据权利要求3所述的一种过硫酸盐电氧化介孔碳产过氧化氢的方法，其特征在于，所述循环伏安法的主要参数为：电位区间0～8 v、扫描速率1～100 mv/s、循环圈数0.5～500圈；所述恒电位法参数为：电位区间0.1～8 v、电量范围0.1～10000 c；所述恒流充放电法参数为：电位区间0～8 v、电流范围0.001～0.5 a；所述线性扫描法参数为：电位区间0～8 v、扫描速率1～100 mv/s；所述脉冲伏安法参数为：基线电位0～8 v、脉冲周期0.01～10s、电压步长0.001～0.05 v、脉冲宽度0.001～10 s；所述多电位阶跃法：阶跃次数1～12次、电位区间0～10 v、电位时间0.001～1000 s。

5.根据权利要求1所述的一种过硫酸盐电氧化介孔碳产过氧化氢的方法，其特征在于，步骤三中电解质溶液可以是酸性、中性、碱性；酸性溶液为0.001～2 mol/l硫酸、硝酸、高氯酸或盐酸溶液其中之一；中性溶液为0.001～2 mol/l硫酸盐、硝酸盐、氯盐、钠盐、钾盐、锂盐或铵盐溶液其中之一；碱性溶液为0.001～2 mol/l氢氧化钾、氢氧化钠或氢氧化锂溶液任一溶液作为电解质溶液。

技术总结本发明公开了一种过硫酸盐电氧化介孔碳产过氧化氢的方法。将介孔碳涂覆在碳纸作为工作电极放入过硫酸盐溶液中，通过电氧化过程，得到电氧化介孔碳材料；将其应用于电催化二电子氧还原反应，可高效生产过氧化氢。本发明具有工艺简单、重现性好、稳定性高等优点；调控后的介孔碳材料具有催化活性高、过氧化氢选择性强、pH适用范围广等优点。技术研发人员：张志霞,谭炳强,陈德志,韩子铭受保护的技术使用者：南昌航空大学技术研发日：技术公布日：2024/5/29