一种碳负载镍催化剂的制备方法及用途技术

本发明专利技术公开一种碳负载镍催化剂的制备方法，包括以下步骤：1）在碳载体或者前驱体表面沉淀沉积一定量的金属盐；2）将步骤1）沉积金属盐的碳载体或者前驱体在惰性保护气氛中焙烧一定时间，即得碳负载镍催化剂；本方法简单易行，成本低廉，在电化学氧气还原制取双氧水反应中表现极好的催化性能，具有很好的工业应用前景。前景。前景。

【技术实现步骤摘要】
一种碳负载镍催化剂的制备方法及用途


[0001]本专利技术涉及一种碳负载镍催化剂的制备方法及用途。

技术介绍

[0002]因氧化/还原产物只有氧气和水，过氧化氢（H2O2）被认为是最环保的氧化剂。作为含氯漂白剂和氧化剂的替代品，在工业、医药、能源和环境保护等方面具有广泛的应用。全球H2O2产量约为220万吨/年，且其需求量正以每年4%的速度稳定增长。随着国民经济快速发展，为满足可持续的绿色经济的发展要求，国内过氧化氢市场需求量不断攀升。目前过氧化氢工业化制造主要采用的蒽醌间接法，是通过H2在Pd催化剂的作用下将溶剂中的蒽醌还原为蒽氢醌，随后被氧气氧化生成 H2O2，其生产工艺冗长、催化剂成本高昂并伴有有机物残留。相对而言，氢气与氧气直接反应生成双氧水更为绿色，但因双氧水极易被深度还原成水，要实现双氧水的高选择性生产，对催化剂要求极为苛刻。目前主要由两种工艺科实现氢气与氧气直接反应生成双氧水。其一是采用氢/氧混合气，高温高压下，在贵金属Pd基材料的催化剂作用下合成双氧水；其二是采用电化学法，在常温常压下催化氧气通过二电子还原生成双氧水。相对前者的高能耗和高危险，后者更加环保、节能、安全，但其效率取决于电极催化材料。因此研发出一种兼具较高的活性、较高的选择性、较高的稳定性、较高法拉第效率和较高的能量转换效率的催化剂具有重要的意义。

技术实现思路

[0003]本专利技术目的在于，提供一种碳负载镍催化剂的制备方法及用途。该方法利用沉淀沉积法在碳载体或碳前驱体表面负载镍盐，干燥后在保护气氛中高温焙烧后，即得碳负载镍催化剂。在电化学催化氧气还原制备双氧水反应中，所制备的催化剂具有较高的活性、较高的选择性、较高的稳定性、较高法拉第效率和较高的能量转换效率。该合成方法，对于合成成分可控、纳米结构可控、高活性、高选择性以及良好的耐久性的氧还原制备双氧水电催化材料提供了很大的可能性。该方法简单易行，成本低廉，在电化学氧气还原制取双氧水反应中表现极好的催化性能，具有很好的工业应用前景。
[0004]本专利技术的技术解决方案如下：一种碳负载镍催化剂的制备方法，包括以下步骤： 1）在碳载体或者前驱体表面沉淀沉积一定量的金属盐； 2）将步骤1）沉积金属盐的碳载体或者前驱体在惰性保护气氛中焙烧一定时间，即得碳负载镍催化剂。
[0005]步骤1）中所述的碳载体为炭黑、氮化碳中的一种。
[0006]步骤1）中所述前驱体为金属有机框架材料中的一种。
[0007]所述金属盐为硝酸镍、氯化镍、醋酸镍中的一种或几种。
[0008]碳载体或者前驱体与所述金属盐的质量比为1︰（1-25）。
[0009]步骤2）中焙烧时间为0.5-3小时。
[0010]本专利技术提供一种碳负载镍催化剂的用途，将该催化剂制备成电极，用于催化氧气
还原制备双氧水反应中的用途。
[0011]本专利技术提供一种碳负载镍催化剂的制备方法及用途，利用沉淀沉积法在碳载体或碳前驱体表面负载镍盐，干燥后在保护气氛中高温焙烧后，即得碳负载镍催化剂。该方法的特点为：制备碳负载金属镍催化剂，该催化剂中金属镍纳米颗粒均匀分散在碳载体表面，含量可调，制备简单。将该催化剂制备成电极，用于催化氧气还原制取双氧水反应。所用反应物料均为工业常用原料，方便、易得、价廉。
[0012]通过该方法不仅可以得到在碱性条件下，表现出优异的催化活性、选择性、稳定性、法拉第效率及能量利用效率，而且工艺条件简单，便于进行规模化连续生产。
[0013]与现有的工艺相比，本专利技术所述方法具有明显的不同：1、本专利技术所述的方法得到的一种碳负载镍催化剂无论在催化活性，稳定性及双氧水选择性上已达到了极高的水平；2、本专利技术制备方法简单，负载的镍含量可控；3、制备碳负载镍催化剂，将该催化剂制备成电极，用于电化学催化氧气还原反应制备双氧水具有良好的技术效果；4、本专利技术所述方法所用的原料均为易得的常用工业品。
附图说明
[0014]图1为本专利技术实施例1中制备的碳负载镍催化剂催化剂透射电子显微镜图，其中a) Ni/C-1；b) Ni/C-2；c) Ni/C-4；d) Ni/C-8；e) Ni/C-12。
[0015]图2为本专利技术实施例1中制备的碳负载镍催化剂热重谱图，其中a) Ni/C-1；b) Ni/C-2；c) Ni/C-4；d) Ni/C-8；e) Ni/C-12。
[0016]图3为本专利技术实施例1中制备的碳负载镍催化剂的旋转环盘电极盘电流测试结果图，电极转速为1600 rpm，其中a) Ni/C-1；b) Ni/C-2；c) Ni/C-4；d) Ni/C-8；e) Ni/C-12。
[0017]图4为本专利技术实施例1中制备的碳负载镍催化剂的旋转环盘电极环电流测试结果图，电极转速为1600 rpm，环电极电位为1.15 V vs RHE，其中a) Ni/C-1；b) Ni/C-2；c) Ni/C-4；d) Ni/C-8；e) Ni/C-12。
[0018]图5为本专利技术实施例1中制备的碳负载镍催化剂的旋转环盘电极测试双氧水选择性结果图，其中a) Ni/C-1；b) Ni/C-2；c) Ni/C-4；d) Ni/C-8；e) Ni/C-12。
[0019]图6为本专利技术实施例1中制备的碳负载镍催化剂催化氧气还原反应直接连续生产双氧水的稳定性、生成速率和法拉第效率测试结果，反应电流密度是10 mA/cm2，电解液流速0.2 mL/ min。其中，a)电位变化；b)产物双氧水浓度变化；c)法拉第效率变化。
[0020]图7为本专利技术实施例2、3、4中制备的碳负载镍催化剂的旋转环盘电极测试双氧水选择性结果图，电极转速为1600 rpm。其中，a) Ni/XC-72；b) Ni-2/XC-72；c) Ni/C3N4。
具体实施方式
[0021]下面用具体实施例对本专利技术做进一步详细说明，但本专利技术不仅局限于以下具体实施例。
[0022]实施例1催化剂制备
a、沉淀沉积法：在含金属有机框架结构（ZIF-8）的乙二醇溶液中，加入一定浓度的氢氧化钠水溶液，随后与含有硝酸镍的乙二醇溶液混合，水热处理，在ZIF-8表面沉淀沉积一定量的镍盐。
[0023]b、将步骤a沉积金属镍盐的材料在氩气气氛中温度900℃焙烧2 h后，即得碳负载镍催化剂（Ni/C-X, X表示硝酸镍与ZIF-8的质量比）。所得到的产物的透射电子显微镜结果参见图1，热重谱图参见图2；电化学性能测试称取8 mg本专利技术所述方法得到的催化剂粉末，分散于1000 uL含0.1%萘酚溶液的异丙醇水溶液（水与异丙醇体积比为1:1），超声均匀后，取6.3uL滴在旋转环盘电极的盘电极上（Φ=5.6 mm）上，室温使分散液挥发完全，使用旋转环盘电极装置测试其催化氧气还原反应的性能，汞/氧化汞电极和铂电极分别作为参比电极和对电极，0.1 mol/L氢氧化钾水溶液作为电解液，最终电位按公式：E(RHE) = E(Hg/HgO) + (0.098 + 0.059 pH)换算成标准电位本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳负载镍催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： 1）在碳载体或者前驱体表面沉淀沉积一定量的金属盐； 2）将步骤1）沉积金属盐的碳载体或者前驱体在惰性保护气氛中焙烧一定时间，即得碳负载镍催化剂。2.根据权利要求1所述的碳负载镍催化剂的制备方法，其特征在于，步骤1）中所述的碳载体为炭黑、氮化碳中的一种。3.根据权利要求1所述的碳负载镍催化剂的制备方法，其特征在于，步骤1）中所述前驱体为金属有机框架材料中的一种。4.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨明辉，沈行加，潘龙海，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：