石墨双炔电催化水生成氢自由基

本发明属于电化学领域，具体涉及在电化学条件下石墨双炔电催化水产生氢自由基。

背景技术：

1、氢自由基(h·)在化学领域、环境领域、生物领域有着至关重要的作用。氢自由基中每两个1s电子座中只有一个电子。不包含电子的状态是不稳定的，具有高反应性，能与底物发生还原反应、加成反应、自由基传递反应和自由基聚合反应，也可以自相聚合生成氢气。目前，氢自由基的产生一般需要特殊的苛刻方法，如电离辐射、大气等离子处理、强紫外光辐射、热均裂法等(j.sun,s.wang,j.am.chem.soc.(143),2021,868-878)。电解水制备氢自由基技术是指在阴极电极中，水中的氢离子接受一个电子后生成氢自由基。与其他方法相比，该技术具有反应设备简单、反应条件易于控制、适合自动化等优点，并且可以在常温常压下运行。然而，该过程中面临着能量转换效率低，能耗高等问题。目前，通过构建合适的电催化剂降低电位、提高能量转化效率已经取得了一定的进展。例如，zhang等(j.li,l.zhang,j.am.chem.soc.(142),2020,7036-7046)构建了氧掺杂的ru纳米团簇催化剂，掺杂诱导产生的拉伸型张力场提高了双氢原子聚合的反应能垒，抑制了析氢副反应，有利于氢自由基的产生。yu等(y.wang,y.yu,angew.chem.int.ed.(61),2022,e2022026)发现高无序度的ruo2有利于氢自由基的产生。shao等(k.fan,m.shao,nat.commun.(13),2022,7958)报道了cop是高效产生氢自由基的活性物种。然而，目前的研究多聚焦在金属催化剂，其面临着在催化过程中可能会有金属原子流失，从而导致环境污染以及催化活性下降的问题。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明以石墨双炔(gdy)为催化剂电催化水产生氢自由基。

2、本发明提供石墨双炔在电催化水产生氢自由基中的应用。

3、根据本发明的一实施方式，所述石墨双炔负载于集流体作为工作电极用于电催化水产生氢自由基。

4、根据本发明的另一实施方式，所述集流体为碳布、碳纸、碳棒或玻碳电极。

5、根据本发明的另一实施方式，所述电催化反应在单室电解池或有隔膜的双室电解池中进行。

6、根据本发明的另一实施方式，所述隔膜为nafion膜或磺化聚砜膜。

7、根据本发明的另一实施方式，所述电催化采用的电解液为ph＝1～14的水溶液。

8、根据本发明的另一实施方式，所述电解液的溶质为硫酸、盐酸、硫酸钠、硫酸钾、硝酸钠、硝酸钾、氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或几种。

9、根据本发明的另一实施方式，所述电解液浓度为1mmol/l～1000mmol/l。

10、根据本发明的另一实施方式，所述电催化反应的对电极为pt片或石墨棒。

11、根据本发明的另一实施方式，所述电催化在恒电压条件为0.1v～1v(相对于可逆氢电极)下进行。

12、根据本发明的另一实施方式，采用5,5-二甲基-1-吡咯啉n-氧化物作为自由基捕获剂与所述电催化水产生的氢自由基反应。

13、本发明采用石墨双炔作为电催化水生成氢自由基的催化剂，有效代替了金属催化剂，解决了金属催化剂使用过程中金属原子流失的问题。所制备得到的电极材料在低电压下具有优异的催化活性和循环稳定性，为氢自由基的大规模应用奠定了基础。

技术特征：

1.石墨双炔在电催化水产生氢自由基中的应用。

2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述石墨双炔负载于集流体作为工作电极用于电催化水产生氢自由基。

3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述集流体为碳布、碳纸、碳棒或玻碳电极。

4.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述电催化反应在单室电解池或有隔膜的双室电解池中进行；优选，所述隔膜为nafion膜或磺化聚砜膜。

5.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述电催化采用的电解液为ph＝1～14的水溶液。

6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，所述电解液的溶质为硫酸、盐酸、硫酸钠、硫酸钾、硝酸钠、硝酸钾、氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或几种。

7.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述电解液浓度为1mmol/l～1000mmol/l。

8.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述电催化反应的对电极为pt片或石墨棒。

9.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述电催化在恒电压条件为0.1v～1v(相对于可逆氢电极)下进行。

10.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，采用5,5-二甲基-1-吡咯啉n-氧化物作为自由基捕获剂与所述电催化水产生的氢自由基反应。

技术总结本发明公开了石墨双炔在电催化水产生氢自由基中的应用。本发明采用石墨双炔作为电催化水生成氢自由基的催化剂，有效代替了金属催化剂，解决了金属催化剂使用过程中金属原子流失的问题。所制备得到的电极材料在低电压下具有优异的催化活性和循环稳定性，为氢自由基的大规模应用奠定了基础。技术研发人员：张锦,童廉明,冯雪廷受保护的技术使用者：北京大学技术研发日：技术公布日：2024/11/14