镍氧改性炭黑催化剂制备及其在电催化合成过氧化氢中的应用
2025-02-07 17:49
No.1337480627896983552
技术概要
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本技术涉及一种镍氧改性炭黑催化剂的制备技术,该技术旨在提高电催化合成过氧化氢的效率。制备过程包括在炭黑表面引入含氧官能团,随后通过特定步骤将Ni-N4结构锚定于炭黑表面,形成高效的电催化剂。该方法不仅简化了制备流程,还显著提升了催化剂的性能,使其在电催化合成过氧化氢领域具有广泛的应用前景。
背景技术
作为世界上最重要的100种化学品之一,过氧化氢(H2 O2 )是一种有价值的环保氧化剂,其应用范围很广,从提供清洁水到合成有价值的化学品以及作为潜在的能量载体。工业上使用蒽醌法生产H2 O2 ,蒽醌法以氢气为生产原料,属于能源密集型方法,从而限制了H2 O2 作为可持续和低成本绿色氧化剂的潜力。 近年来,人们对热催化H2 和O2 合成H2 O2 进行了研究。然而,这种生成H2 O2 的热催化途径同样昂贵,更重要的是由于热催化存在爆炸的潜在风险,具有重大危险。一种安全可靠的替代方法是通过氧还原反应(ORR)把氧气选择性地生成H2 O2 。某些贵金属催化剂,如AuPt-Ni合金,Pt/硫掺杂沸石模板碳和Au-Pd纳米合金,在电催化还原O2 为H2 O2 方面表现出良好的性能。然而,这些贵金属的高成本和低地球丰度,使得这类催化剂难以大规模实际运用。 在电催化还原O2 生成H2 O2 的过程中,最为关键的中间体是*OOH,*OOH与反应的位点结合太强,会使得ORR的进程转向4 e- 过程,导致最终产物转变为H2 O。单原子催化剂(single-atom catalysts, SACs)具备电子结构可调、最大原子利用效率等优势,表现出良好的氧还原催化活性,是催化O2 生成H2 O2 的良好催化剂。然而,前人大多把过渡金属单原子聚焦在Fe和Co等单原子催化剂,Fe和Co等单原子催化剂在ORR活性较高,但这两种单原子催化剂会使ORR进程更加偏向于4 e- 过程,对H2 O2 的选择性并不高。 基于此,提供一种既能保证ORR活性,又能提高H2 O2 选择性的单原子催化剂是亟需解决的技术问题。
实现思路
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该技术已申请专利,如用于商业用途,请联系技术所有人!
技术研发人员:
韩剑宇  时昌飞  王燕  殷予子
技术所属: 东南大学
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