一种硫隔离铂位点的铂基催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及过氧化氢制备与应用技术领域，且公开了一种硫隔离铂位点的铂基催化剂，包括氯铂酸、炭黑、去离子水、抗坏血酸以及硫元素，按照以下配比：氯铂酸0.50ml、炭黑100mg、去离子水100mL、抗坏血酸1g以及硫元素0.4g，所述硫元素为硫化钠，该硫隔离铂位点的铂基催化剂及其制备方法和应用，通过高温还原法，使S占据Pt一部分活性位点，导致Pt的活性位点被孤立，从而提供一种硫隔离铂位点的铂基贵金属调控其氧还原路径，为电化学制备H2O2提供了一个新的策略。策略。策略。

【技术实现步骤摘要】
一种硫隔离铂位点的铂基催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及过氧化氢制备与应用
，具体为一种硫隔离铂位点的铂基催化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]过氧化氢是一种环境友好型强氧化剂，在工业漂白、废水处理(特别是芬顿反应)、化学合成、燃料电池以及日常生活中都有多种用途。最近，在Covid
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19肆虐期间，H2O2被广泛用作消杀剂。因此，过氧化氢的市场需求量急剧上升，预计到2024年将远远超过64亿美元。目前，95％的过氧化氢是通过蒽醌工艺产生的，通过Pd催化剂加氢。这种工艺通常需要大型的基础设施，同时产生大量的有机废液。并且该工艺产生大量高浓缩的过氧化氢水溶液，使得其在储存和运输方面存在巨大的安全隐患。
[0003]电催化氧还原反应(ORR)可以将O2还原为过氧化氢，该工艺操作简单，反应温和，且可实现原位在线合成浓度可调控的H2O2。该领域的关键技术要点在于缺乏高选择性、高活性和高稳定性的电催化剂。目前，一些成功的催化剂是基于金属合金，如Pd
‑
Au，Pt
‑
Hg，Pd
‑
Hg，W
‑
Au。如上所述，这些催化剂通常是利用相对惰性材料包围的反应位点，形成离散的反应位点。但该类型合金在工作过程中部分金属会从合金溶解出来(特别是Hg)，使得其难以运用到实际生产中。基于孤立活性位点的概念，非金属隔离活性位点也已被研究，如：PtP2,PtCl
x
,Pd4Se等。这一类型催化剂能有效克服金属合金元素浸出导致过氧化氢不纯的问题，但是其稳定性仍需进一步加强，为此我们提出了一种硫隔离铂位点的铂基催化剂及其制备方法和应用。

技术实现思路

[0004](一)解决的技术问题
[0005]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种硫隔离铂位点的铂基催化剂及其制备方法和应用，解决了上述的问题。
[0006](二)技术方案
[0007]为实现上述所述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种硫隔离铂位点的铂基催化剂，包括氯铂酸、炭黑、去离子水、抗坏血酸以及硫元素，按照以下配比：氯铂酸0.50ml、炭黑100mg、去离子水100mL、抗坏血酸1g以及硫元素0.4g。
[0008]优选的，所述硫元素为硫化钠。
[0009]一种硫隔离铂位点的铂基催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0010]第一步：将氯铂酸、炭黑、L
‑
(+)抗坏血酸和去离子水加入烧杯和超声1h；
[0011]第二步：调整溶液的pH值为12，加入浓度为0～1mol L
‑1的硫化钠，氯铂酸与硫化钠的质量比为1:0～700，进行搅拌，得到均匀混合物；
[0012]第三步：静置时间为10～12h，经过滤干燥收集，得到铂基催化剂。
[0013]优选的，所述第二步中通过氢氧化钠溶液调整PH值，氯铂酸与硫化钠的质量比为
1:60，硫化钠的浓度为50mmol L
‑1。
[0014]优选的，所述第二步中的搅拌温度为90～120℃，搅拌时间为4～6h。
[0015]优选的，所述第三步中静置时间为12h。
[0016]一种硫隔离铂位点的铂基催化剂的应用，包括以下内容：
[0017]S1：用铂基催化剂制备工作电极；
[0018]S2：以酸性溶液为电解液，向电解液中通入氧气，以电极为工作电极进行电解，生成H2O2。
[0019]优选的，所述S1中用铂基催化剂制备的电极包括以下内容：将铂基催化剂分散在溶剂中得到浆料，溶剂选自水、乙醇、5％ Nafion中的任意一种或几种，然后将浆料滴涂在电极基底表面，得到电极。
[0020]优选的，所述溶剂选自水、乙醇和5％ Nafion，比例为0.49/0.49/0.02。
[0021]优选的，所述酸性电解液pH为1，酸性电解液采用0.1mol L
‑1HClO4溶液。
[0022](三)有益效果
[0023]与现有技术相比，本专利技术提供了一种硫隔离铂位点的铂基催化剂及其制备方法和应用，具备以下有益效果：
[0024]1、该硫隔离铂位点的铂基催化剂及其制备方法和应用，通过高温还原法，使S占据Pt一部分活性位点，导致Pt的活性位点被孤立，从而提供一种硫隔离铂位点的铂基贵金属调控其氧还原路径，为电化学制备H2O2提供了一个新的策略。
[0025]2、该硫隔离铂位点的铂基催化剂及其制备方法和应用，硫隔离铂位点的铂基催化剂对电化学合成H2O2具有高催化活性、高选择性以及高稳定性。
[0026]3、该硫隔离铂位点的铂基催化剂及其制备方法和应用，制备方法简单，材料来源广泛，可以有效简化工艺流程和操作过程，材料合成时间明显减少，且所需设备简单，可行性强。
附图说明
[0027]图1为Pt
‑
S/C和Pt/C的X射线光电子能谱图；
[0028]图2为Pt
‑
S/C和Pt/C的S的精细图谱
[0029]图3为Pt
‑
S/C的扫描电子显微镜图；
[0030]图4为Pt
‑
S/C的透射电子显微镜图；
[0031]图5为Pt
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S/C和Pt/C的一氧化碳溶出伏安曲线；
[0032]图6为旋转环盘电极氧还原线性扫描伏安(LSV)曲线；
[0033]图7为由LSV曲线结果计算出的H2O2选择性；
[0034]图8为Pt
‑
S/C催化剂由高锰酸钾滴定结果得出的H2O2法拉第效率。
具体实施方式
[0035]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0036]请参阅图1
‑
8。
[0037]一种硫隔离铂位点的铂基催化剂，具体为S占据了Pt纳米粒子表面的铂基催化剂，其制备方法如下：
[0038]将氯铂酸(0.50mL,0.1025mol/L),炭黑(Vulcan XC
‑
72R,100mg),1g L
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(+)抗坏血酸和100mL去离子水加入250mL烧杯和超声1h。混合物的pH值通过氢氧化钠溶液调整到12，然后在烧杯中加入0.4g硫化钠。随后，将均质混合物在油浴中120℃加热6h。然后冷却到室温，静置12h。产品经过滤干燥收集。得到硫隔离铂位点的铂基贵金属，标记为Pt
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S/C。
[0039]作为比较，采用上述相同的方法，不加入硫化钠，得到了铂碳催化剂，标记为Pt/C。
[0040]本实施例还提供一种负载上述Pt
‑
S/C的电极，其制备本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硫隔离铂位点的铂基催化剂，其特征在于，包括氯铂酸、炭黑、去离子水、抗坏血酸以及硫元素，按照以下配比：氯铂酸0.50ml、炭黑100mg、去离子水100mL、抗坏血酸1g以及硫元素0.4g。2.根据权利要求1所述的一种硫隔离铂位点的铂基催化剂，其特征在于：所述硫元素为硫化钠。3.一种硫隔离铂位点的铂基催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步：将氯铂酸、炭黑、L
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(+)抗坏血酸和去离子水加入烧杯和超声1h；第二步：调整溶液的pH值为12，加入浓度为0～1mol L
‑1的硫化钠，氯铂酸与硫化钠的质量比为1:0～700，进行搅拌，得到均匀混合物；第三步：静置时间为10～12h，经过滤干燥收集，得到铂基催化剂。4.根据权利要求3所述的一种硫隔离铂位点的铂基催化剂的制备方法，其特征在于：所述第二步中通过氢氧化钠溶液调整pH值，氯铂酸与硫化钠的质量比为1:60，硫化钠的浓度为50mmol L
‑1。5.根据权利要求3所述的一种硫隔离铂位点的铂基催化剂的制备方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟丽杰，牛利，甘世宇，何德权，
申请(专利权)人：广州大学，
类型：发明
国别省市：