一种碳纳米管负载片状BiOCl催化剂及制备方法和应用与流程

本发明涉及催化剂制备，具体为一种碳纳米管负载片状biocl催化剂及制备方法和应用，

背景技术：

1、过氧化氢(h2o2)作为一种多用途的环保化学品，其需求量很大。目前的蒽醌氧化过程在制氢过程中能耗高，加氢和氧化交替操作繁琐。由h2和o2直接合成h2o2受到安全、效率和催化剂重金属污染之间的平衡限制。双电子氧还原反应(2e-orr)是一种高效、安全、低成本的h2o2生产途径。由于无化石能源的特性，这种2e-orr途径有可能成为蒽醌过程的补充。2e-orr工业化的瓶颈在于缺乏有效的催化剂，尽管贵金属电极材料可以显著提高2e-orr催化性能。但其高昂的价格和有限的储备严重限制了其商业化。在众多的2e-orr催化剂中，碳基催化剂因其成本低、结构多样而备受关注。虽然碳基催化剂在电催化应用方面显示出明显的优势，但仍有一些不足需要克服。碳基材料的固有活性和长期稳定性仍需提高到可与贵金属基催化剂相当的水平。

2、从能源和环境可持续性的角度来看，通过2e-orr生成h2o2是一种理想的解决方案。h2o2可以应用于多种领域，但目前生产h2o2的装置很少，效率低，设计复杂，能达到大规模应用的很少。碳基催化剂和反应器的设计需要进一步改进，这也将有利于大规模的电-芬顿工艺。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种碳纳米管负载片状biocl催化剂及制备方法和应用，其反应时间短，工艺流程简单，制得的催化剂以导电性良好的碳纳米管为载体，负载大量片状biocl作为活性中心，负载分布均匀，电合成性能测试能得到优秀的选择性和极高的产率，具有良好的应用前景，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种碳纳米管负载片状biocl催化剂，所述碳纳米管负载片状biocl催化剂以商业碳纳米管为载体，负载具有片状的biocl，形成负载型金属催化剂，用于电合成双氧水的研究，

4、本发明提供另一种技术方案：一种碳纳米管负载片状biocl催化剂的制备方法，所述碳纳米管负载片状biocl催化剂以铋盐和氯盐为原料制备biocl，在水热法制备的过程中同时加入载体碳纳米管，在制备biocl的同时也在进行负载金属的步骤，最终一步法高效地得到了碳纳米管负载片状biocl催化剂材料。

5、进一步地，具体步骤如下：

6、s1：在水中加入商业碳纳米管，搅拌形成碳纳米管溶液；

7、s2：转移碳纳米管溶液进超声池，在超声的条件下加入铋盐和氯盐，超声溶解后将全部溶液转入四氟内衬的水热釜中；

8、s3：将水热釜装入不锈钢外壳中密封，整体置于带搅拌功能的烘箱中进行水热反应，水热结束后取沉淀物进行抽滤、水洗操作，真空干燥箱烘干即可得到碳纳米管负载片状biocl催化剂材料。

9、进一步地，s1中碳纳米管为羟基化多壁碳纳米管、羧基化多壁碳纳米管和氨基化多壁碳纳米管中的一种；碳纳米管水溶液的浓度为1mg/ml-6mg/ml。

10、进一步地，s2中铋盐为氧化铋、钒酸铋、硝酸铋和钛酸铋中的一种；氯盐为氯化钾、氯化钙、氯化钠和氯化铝中的一种。

11、进一步地，s2中铋盐和氯盐的物质的量(n)比为0.5-2∶1。碳纳米管和铋盐的质量-物质的量比为50mg-300mg∶1mmol。

12、进一步地，s3中旋转速度为2-20rpm；水热温度为150-200℃，水热时间为10-20h。

13、本发明还提供一种技术方案：一种碳纳米管负载片状biocl催化剂的应用，将碳纳米管负载片状biocl催化剂材料应用于电合成双氧水中。

14、进一步地，具体的应用方法为：配制催化剂材料墨水，旋涂在旋转环盘电极头的中心玻碳区域，在五口电解槽中进行电合成双氧水的选择性测试。

15、进一步地，具体的应用方法为：配制催化剂材料墨水，喷涂在基底气体扩散电极上；再装配进流动型反应器中，进行恒电流模式电合成双氧水的产率性能测试。

16、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

17、1、本发明以碳纳米管为载体，片状biocl为负载，将一维材料与二维材料完美结合，促进了两种截然不同的材料的复合过程，整个制备流程简易可放大，重复性佳。

18、2、本发明制备的碳纳米管负载片状biocl材料作为阴极催化剂用于电合成双氧水，为电合成双氧水提供了一种新型高效催化剂，该催化剂材料发挥了金属与载体之间的相互作用，利用载体的优秀导电性和负载金属的选择活性，最终具有优异的高选择性和高产率的电合成双氧水性能。

19、3、本发明提供的碳纳米管负载片状biocl催化剂以及其用于电合成双氧水反应，结合电反应器能够实现酸性和碱性双氧水的可控合成。

技术特征：

1.一种碳纳米管负载片状biocl催化剂，其特征在于，所述碳纳米管负载片状biocl催化剂以商业碳纳米管为载体，负载具有片状的biocl，形成负载型金属催化剂，用于电合成双氧水的研究。

2.一种如权利要求1所述的碳纳米管负载片状biocl催化剂的制备方法，其特征在于：所述碳纳米管负载片状biocl催化剂以铋盐和氯盐为原料制备biocl，在水热法制备的过程中同时加入载体碳纳米管，在制备biocl的同时也在进行负载金属的步骤，最终一步法高效地得到了碳纳米管负载片状biocl催化剂材料。

3.如权利要求2所述的一种碳纳米管负载片状biocl催化剂的制备方法，其特征在于：具体步骤如下：

4.如权利要求3所述的一种碳纳米管负载片状biocl催化剂的制备方法，其特征在于：s1中碳纳米管为羟基化多壁碳纳米管、羧基化多壁碳纳米管和氨基化多壁碳纳米管中的一种；碳纳米管水溶液的浓度为1mg/ml-6mg/ml。

5.如权利要求3所述的一种碳纳米管负载片状biocl催化剂的制备方法，其特征在于：s2中铋盐为氧化铋、钒酸铋、硝酸铋和钛酸铋中的一种；氯盐为氯化钾、氯化钙、氯化钠和氯化铝中的一种。

6.如权利要求3所述的一种碳纳米管负载片状biocl催化剂的制备方法，其特征在于：s2中铋盐和氯盐的物质的量(n)比为0.5-2∶1。碳纳米管和铋盐的质量-物质的量比为50mg-300mg∶1mmol。

7.如权利要求3所述的一种碳纳米管负载片状biocl催化剂的制备方法，其特征在于：s3中旋转速度为2-20rpm；水热温度为150-200℃，水热时间为10-20h。

8.一种如权利要求1所述的碳纳米管负载片状biocl催化剂的应用，其特征在于：将碳纳米管负载片状biocl催化剂材料应用于电合成双氧水中。

9.如权利要求8所述的一种碳纳米管负载片状biocl催化剂的应用，其特征在于：具体的应用方法为：配制催化剂材料墨水，旋涂在旋转环盘电极头的中心玻碳区域，在五口电解槽中进行电合成双氧水的选择性测试。

10.如权利要求8所述的一种碳纳米管负载片状biocl催化剂的应用，其特征在于：具体的应用方法为：配制催化剂材料墨水，喷涂在基底气体扩散电极上；再装配进流动型反应器中，进行恒电流模式电合成双氧水的产率性能测试。

技术总结本发明公开了一种碳纳米管负载片状BiOCl催化剂及制备方法和应用，属于催化剂技术和电合成应用领域。本发明的催化剂制备方法反应时间短，工艺流程简单，制得的催化剂以导电性良好的碳纳米管为载体，负载大量片状BiOCl作为活性中心，负载分布均匀。电合成性能测试能得到优秀的选择性和极高的产率，具有良好的应用前景。本发明提供一种新型电合成双氧水的催化剂材料以及其用于电合成双氧水反应，结合流动型电反应器实现了酸性和碱性双氧水的高产率可控合成。催化剂结合电反应器设备的模式，为无化石能源特性的路线(2e‑ORR电合成双氧水)替代蒽醌法提供应用潜力。技术研发人员：包志康,王建国,王亚冰受保护的技术使用者：德清县浙工大莫干山研究院技术研发日：技术公布日：2024/6/18