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