【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电催化，具体涉及一种二维纳米金刚石负载锡-钌双金属氧化物电催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
1、臭氧在室温下是一种强氧化性气体，具有优异的消毒、杀菌及除臭效果，因此被广泛应用于水处理、食品加工、水产养殖等领域。但由于臭氧容易分解，不利于存储，因此需要现制即用。商用臭氧发生器主要包括几种臭氧制备方式：电晕放电法、紫外线照射法及低压电解法。工业生产臭氧最常用方法为电晕放电法，电晕放电法利用高压电实现电晕氛围将氧气转化为臭氧的方法，该方式设备装置复杂，通常使用空气作为进料气，产生臭氧浓度较低，且容易造成氮氧化物污染；一定程度上也限制了其应用范围。紫外线照射法使用波长为185nm紫外线灯从空气中制备得到臭氧，该方式设备组成简单，然而制备所得臭氧浓度及产量低，因此不足以满足大多数应用场景需求。相较于前两种方法，低压电解法具有设备体积小、操作简单、制备臭氧浓度较高等优点，且产生臭氧具有较好的稳定性和连续性、无二次污染。因此受到广泛研究和关注。
2、从热力学角度来讲，电化学臭氧制备过程发生电位高于1.51v vs.she，而oer过程则从电位为1.23v vs.she开始，二者互为竞争反应。因此，具备较高氧化电位的电极材料更有利于表现出优异的eop活性。迄今为止已报道的具有良好eop活性催化剂主要包括非贵金属氧化物催化剂(β-pbo2、pb3o4、pbbiox等)、含贵金属催化剂(pt，ptzn-c等)、掺硼金刚石(bdd)、尺寸稳定阳极(dsa)等。其中，含贵金属催化剂(如pt)因其高氧化电位和出色稳定性，成为
技术实现思路
1、针对低压电解法存在的上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种二维纳米金刚石负载锡-钌双金属氧化物电催化剂及其制备方法和应用。本专利技术中催化剂制备工艺简便且材料成本较低，将其用于电解水制备臭氧过程中能够表现出优异的催化活性和良好的稳定性，臭氧产量较高，并且该操作过程条件温和、绿色无污染。
2、具体技术方案如下：
3、一种二维纳米金刚石负载锡-钌双金属氧化物电催化剂的制备方法，包括以下步骤：
4、1)将锡源化合物、钌源化合物和表面活性剂溶于去离子水，向其中加入二维纳米金刚石，超声分散0.5～2h，得混合液；
5、2)将步骤1)所得混合液转移至聚四氟乙烯内衬中，于120～200℃下水热处理6～24h。随后将水热釜冷却至室温，通过抽滤获得粗产物。继续使用无水乙醇和去离子水各清洗粗产物3～5次，抽滤，并将所得产物置于真空干燥箱中，于70℃下干燥24h，即可得到二维纳米金刚石负载锡-钌双金属氧化物前驱体材料；
6、3)将步骤2)所得二维纳米金刚石负载锡-钌双金属氧化物前驱体材料置于管式炉内，在惰性气氛中300～800℃温度条件下煅烧处理2～6h，得到二维纳米金刚石负载锡-钌双金属氧化物电催化剂。
7、进一步地，步骤1)中锡源化合物为二氯化锡或五水四氯化锡；钌源为三水三氯化钌、醋酸钌或钌酸钠。
8、进一步地，步骤1)中表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵、聚乙烯吡咯烷酮或聚乙二醇，十六烷基三甲基溴化铵分子量为364，聚乙烯吡咯烷酮分子量为10000，聚乙二醇分子量为4000。
9、进一步地，步骤1)中所述锡源与钌源的质量比为1～5:1，所用锡源的质量与去离子水的体积比为0.5～2:1，质量单位为毫克，体积单位为毫升。
10、进一步地，步骤1)中表面活性剂在去离子水中的添加量为1～5mg/ml，优选为3mg/ml。
11、进一步地，步骤1)中二维纳米金刚石在去离子水中的添加量为1～5mg/ml，优选为2mg/ml。
12、一种二维纳米金刚石负载锡-钌双金属氧化物电催化剂在电解水制备臭氧反应中的应用，包括以下步骤：通过恒电流仪设定反应体系所施加电流密度，在h型电解槽中两个电极室之间保持水、气畅通，饱和硫酸钾水溶液作为电解液，将所述二维纳米金刚石负载锡-钌双金属氧化物电催化剂滴涂在钛毡上作为阳极工作电极，将铂片作为阴极电极，反应电流设定为200ma(对应电流密度为：50ma/cm2)，对应槽电压控制在3～10v范围，体系温度范围为：20℃～45℃。
13、通过采用上述技术，与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：
14、1)本专利技术所得二维纳米金刚石负载锡-钌双金属氧化物电催化剂中二维纳米金刚石具有高表面积及优异导电性，可作为载体有效稳定锡-钌双金属氧化物纳米颗粒；
15、2)本专利技术中锡-钌双金属氧化物与二维纳米金刚石之间金属-载体相互作用使得该催化剂材料具有独特的电子结构，从而能够表现出优异的产臭氧性能；
16、3)本专利技术中纳米金刚石可以采用商业化二维纳米金刚石，催化剂制备成本较低，为该材料在大规模电解水产臭氧领域奠定了应用基础。
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1.一种二维纳米金刚石负载锡-钌双金属氧化物电催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述一种二维纳米金刚石负载锡-钌双金属氧化物电催化剂的制备方法，其特征在于，步骤1)中锡源化合物为二氯化锡或五水四氯化锡；钌源化合物为三水三氯化钌、醋酸钌或钌酸钠。
3.如权利要求1所述一种二维纳米金刚石负载锡-钌双金属氧化物电催化剂的制备方法，其特征在于，步骤1)中表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵、聚乙烯吡咯烷酮或聚乙二醇，十六烷基三甲基溴化铵分子量为364，聚乙烯吡咯烷酮分子量为10000，聚乙二醇分子量为4000。
4.如权利要求1所述一种二维纳米金刚石负载锡-钌双金属氧化物电催化剂的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述锡源化合物与钌源化合物的质量比范围为1～5：1，所用锡源化合物的质量与去离子水的体积比范围为0.5～2：1，质量单位为毫克，体积单位为毫升。
5.如权利要求1所述一种二维纳米金刚石负载锡-钌双金属氧化物电催化剂的制备方法，其特征在于，步骤1)中表面活性剂在去离子水中的添加量为1～5mg/mL，优选为3mg
6.如权利要求1所述一种二维纳米金刚石负载锡-钌双金属氧化物电催化剂的制备方法，其特征在于，步骤1)中二维纳米金刚石在去离子水中添加量为1～5mg/mL，优选为2mg/mL。
7.一种采用如权利要求1～6任一制备方法制备所得的二维纳米金刚石负载锡-钌双金属氧化物电催化剂。
8.一种如权利要求7所述的二维纳米金刚石负载锡-钌双金属氧化物电催化剂在电解水制备臭氧中的应用。
9.如权利要求8所述的二维纳米金刚石负载锡-钌双金属氧化物电催化剂在电解水制备臭氧中的应用，其特征在于，包括以下步骤：通过恒电流仪设定反应体系所施加电流密度，在H型电解槽中两个电极室之间保持水、气畅通，饱和硫酸钾水溶液作为电解液，将所述二维纳米金刚石负载锡-钌双金属氧化物电催化剂滴涂在钛毡上作为阳极工作电极，将铂片作为阴极电极，反应电流设定为200mA，对应槽电压控制在3～10V范围，体系温度范围为：20℃～45℃。
...【技术特征摘要】
1.一种二维纳米金刚石负载锡-钌双金属氧化物电催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述一种二维纳米金刚石负载锡-钌双金属氧化物电催化剂的制备方法，其特征在于，步骤1)中锡源化合物为二氯化锡或五水四氯化锡；钌源化合物为三水三氯化钌、醋酸钌或钌酸钠。
3.如权利要求1所述一种二维纳米金刚石负载锡-钌双金属氧化物电催化剂的制备方法，其特征在于，步骤1)中表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵、聚乙烯吡咯烷酮或聚乙二醇，十六烷基三甲基溴化铵分子量为364，聚乙烯吡咯烷酮分子量为10000，聚乙二醇分子量为4000。
4.如权利要求1所述一种二维纳米金刚石负载锡-钌双金属氧化物电催化剂的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述锡源化合物与钌源化合物的质量比范围为1～5：1，所用锡源化合物的质量与去离子水的体积比范围为0.5～2：1，质量单位为毫克，体积单位为毫升。
5.如权利要求1所述一种二维纳米金刚石负载锡-钌双金属氧化物电催化剂的制备方法，其特征在于，...
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