一种电化学原位制备碱土金属过氧化物的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种电化学原位制备碱土金属过氧化物的装置及方法，电化学原位合成碱土金属过氧化物能够充分利用阴极表面产生的过氧化氢，即刻转化成难分解

【技术实现步骤摘要】
一种电化学原位制备碱土金属过氧化物的装置及方法


[0001]本专利技术属于材料和能源催化
，具体涉及到一种电化学原位制备碱土金属过氧化物的装置及方法
。

技术介绍

[0002]碱土金属过氧化物
(AeMO2，
M
＝
Ca,Sr,Ba)
作为过氧化氢
(H2O2)
的衍生物，具备过氧化氢的基本特点
——
强氧化性，高活性氧含量
。
同时
AeMO2作为固体，相比于
H2O2具有更多的优势，包括纯度更高，不易分解，易存储
、
易运输等，广泛应用于农业
、
国防
、
养殖
、
环保
、
饮食
、
增氧
、
医疗及日常生活中，具有良好的经济及社会效益
。
目前，合成
AeMO2的方法高度依赖
H2O2，包括金属盐法
、
金属氧化物法及氢氧化物法
。
这三种方法合成过程相似，即把相应的金属盐
、
金属氧化物或氢氧化物与较高浓度的
H2O2(
通常为
10
～
30
％
)
混合，但高浓度
H2O2极易分解，反应合成效率低
。
为了提升
H2O2的利用率，通常会在反应体系中添加稳定剂，如各类铵盐
、
磷酸盐或硅酸盐等，虽提高了
H2O2的利用率，但同时增加了
AeMO2产物提纯的难度，进一步限制了
AeMO2的大规模生产及普及性应用
。
[0003]鉴于上述成本问题，科学家们在上世纪
80
年代就已开始发展可替代的空气阴极法制备
AeMO2。
空气阴极法是一种电催化非原位制备碱土金属过氧化物的方法，具有投资少
、
成本低
、
电耗小
、
无污染等特点
。
该方法是采用电化学生产的
H2O2取代外加的高浓度
H2O2，从而可降低成本，该方法通常是在碱性电解质溶液中，通过分子氧气在阴极上还原得到过氧化氢，反应后的产物
(H2O2+
碱溶液
)
进一步与相应的碱土金属氢氧化物混合，从而制备
AeMO2。
这种电催化非原位生产
AeMO2的方法降低了反应成本，但仍然存在很多问题：
(1)
由于电极催化剂的选择性和活性较低，导致系统能耗高；
(2)
碱性环境下
H2O2易分解，且扩散的
H2O2极易被阳极氧化分解，导致其后续反应过程中的利用率低；
(3)
反应体系中
H2O2低，导致
H2O2利用率低
。
因此，非电化学原位合成过氧化物的方法，即空气阴极法仍无法实现大规模
、
低成本
、
高普适性的过氧化物的制备方法
。

技术实现思路

[0004]本部分的目的在于概述本专利技术的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例
。
在本部分以及本申请的说明书摘要和专利技术名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分
、
说明书摘要和专利技术名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本专利技术的范围
。
[0005]鉴于上述和
/
或现有技术中存在的问题，提出了本专利技术
。
[0006]本专利技术的其中一个目的是提供一种电化学原位制备碱土金属过氧化物的装置，其能够高效实现
AeMO2的高纯度
、
高产率
、
低成本
、
低能耗的合成等优点，有望成为
AeMO2合成的主要方式，具有极大的研究前景
。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术提供了如下技术方案：一种电化学原位制备碱土金属过氧化物的装置，包括，
[0008]电解液；
[0009]阳极，包含支持
OER
反应的电极材料；以及，
[0010]阴极，所述阴极包含支持二电子
ORR
反应的电极材料，所述阴极的一部分置于所述电解液中，所述阴极的余下部分暴露于氧气源中；
[0011]其中，所述电解液由碱溶液和碱土金属氢氧化物构成，所述碱溶液的浓度为
0.05
～
5mol/L
；和
/
或，所述碱土金属氢氧化物的浓度为
0.001mol/L
至饱和的范围内；
[0012]其中，在施加于所述阴极上的电流密度
≥10mA/cm
‑2的条件下进行二电子氧还原反应
。
[0013]作为本专利技术电化学原位制备碱土金属过氧化物的装置的一种优选方案，其中：所述碱溶液为氢氧化钠和
/
或氢氧化钾；
[0014]所述碱土金属氢氧化物为氢氧化钙和
/
或氢氧化锶和
/
或氢氧化钡
。
[0015]作为本专利技术电化学原位制备碱土金属过氧化物的装置的一种优选方案，其中：所述阴极为二电子氧还原催化电极和
/
或二电子粉末催化剂附着的电极
。
作为本专利技术电化学原位制备碱土金属过氧化物的装置的一种优选方案，其中：所述二电子粉末催化剂附着的电极，取
3mg
二电子粉末催化剂溶于
1mL
乙醇中，加入
20
微升
Nafion
，均匀喷涂于集流体上
(
疏水或带有气体扩散层的电极上
)
，制成二电子氧还原反应电极
。
[0016]作为本专利技术电化学原位制备碱土金属过氧化物的装置的一种优选方案，其中：所述阴极具有表面修饰层，所述表面修饰层用于降低所述阴极表面的表面能；
[0017]其中，所述表面修饰层材料为含氟高分子材料，包括聚四氟乙烯
、
聚偏二氟乙烯
、
聚三氟氯乙烯
、
聚氟乙烯中的一种或多种
。
[0018]作为本专利技术电化学原位制备碱土金属过氧化物的装置的一种优选方案，其中：所述表面修饰层的制备方法，包括将二电子氧还原反应电极置于表面修饰层材料的均匀分散液中浸泡后，取出烘干
、
烧结，得到作为电化学反应的阴极
。
[0019]作为本专利技术电化学原位制备碱土金属过氧化物的装置的一种优选方案，其中：所述表面修饰层材料在所述阴极表面负载浓度为0～
25wt
％
。
[0020]作为本专利技术电化学原位制备碱土金属过氧化物的装置的一种优选方案，其中：还包括与所述阴极相连本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种电化学原位制备碱土金属过氧化物的装置，其特征在于：包括，电解液；阳极，包含支持
OER
反应的电极材料；以及，阴极，所述阴极包含支持二电子
ORR
反应的电极材料，所述阴极的一部分置于所述电解液中，所述阴极的余下部分暴露于氧气源中；其中，所述电解液由碱溶液和碱土金属氢氧化物构成，所述碱溶液的浓度为
0.05
～
5mol/L
；和
/
或，所述碱土金属氢氧化物的浓度为
0.001mol/L
至饱和的范围内；其中，在施加于所述阴极上的电流密度
≥10mA/cm
‑2的条件下进行二电子氧还原反应
。2.
如权利要求1所述的电化学原位制备碱土金属过氧化物的装置，其特征在于：所述碱溶液为氢氧化钠和
/
或氢氧化钾；所述碱土金属氢氧化物为氢氧化钙和
/
或氢氧化锶和
/
或氢氧化钡
。3.
如权利要求1或2所述的电化学原位制备碱土金属过氧化物的装置，其特征在于：所述阴极为二电子氧还原催化电极和
/
或二电子粉末催化剂附着的电极
。4.
如权利要求3所述的电化学原位制备碱土金属过氧化物的装置，其特征在于：所述阴极具有表面修饰层，所述表面修饰层用于降低所述阴极表面的表面能；其中，所述表面修饰层材料为含氟高分子材料，包括聚四氟乙烯
、
聚偏二氟乙烯
、
聚三氟氯乙烯
、
聚氟乙烯中的一种或多种
。5.
如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆之毅，王敏力，徐雯雯，
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：