【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电催化剂制备及应用，具体涉及一种纳米花状尖晶石型双功能催化剂及其制备方法与应用。
技术介绍
1、聚酯类废弃塑料包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(pbt)、聚对苯二甲酸丙二醇酯(ptt)等，因其重量轻、耐久性高、热稳定性好、耐化学性好、抗拉强度高，广泛应用于汽车、纺织和包装行业，尤其是一次性饮料和食品包装。然而，它的广泛使用和潜在的废物管理不足导致塑料废物在环境中积累，自然衰变缓慢，构成生态威胁。回收塑料废弃物不仅可以缓解生态问题，还可以节省石化原料，用于再生产塑料或其他有价值的化工产品。
2、聚酯类塑料废弃物的主流回收方法仍然是机械回收，而机械回收往往伴随着聚合物性能的下降。化学回收聚酯类塑料聚合物链生产原始单体或中间低聚物，符合塑料的循环经济，已引起人们的关注。化学解聚包括醇解、氮基溶剂解、糖酵解和水解是pet最常见的化学回收方法；然而，它们通常需要高温，并产生副产物和废水。近年来，人们探索了几种新兴的聚酯类塑料废物回收技术，如酶解聚合、光催化升级回收和电化学回收。
3、废弃塑料的电化学回收通过废弃塑料水解液的阳极电氧化，废塑料可有效转化为对苯二甲酸、甲酸钾等增值化学品，并在阴极产生有价值的附加产物氢气。在传统的电化学水分解中，阴极析氢反应(her)受到阳极析氧反应(oer)动力学缓慢和高过电位的限制，导致h2生产的总体电能消耗很大。与oer相比，塑料水解液的电催化氧化反应具有更低的热力学势垒；此外，它是电催化塑料升级回收成增值产品的关键一步，展示了取代oer的潜力
4、电催化剂在塑料电化学回收耦合析氢体系中发挥着至关重要的作用，通过加快反应速率、降低反应活化能和提高产物选择性来提高电催化效率。目前，塑料电化学氧化和her电催化剂的开发取得了重大进展。在各种催化剂中，贵金属基催化剂由于其固有的催化活性，往往表现出较高的塑料电化学氧化和her催化活性。然而，贵金属催化剂丰度低、成本高，极大地限制了其广泛的商业应用，因此人们越来越关注高效非贵金属催化剂的开发。过渡金属催化剂具有可控性强、化学稳定性好、成本效益高等优点，是贵金属催化剂的可行替代品。然而，过渡金属未充满的d电子层会伴随电位发生改变，例如高价态的ni/feo2将对于竞争反应oer表现出更高的催化活性。此外，过渡金属催化剂的半导体属性降低了电子转移的效率。因此，调节过渡金属的弱本征活性，构筑良好配位环境的晶体结构是提高过渡金属催化剂催化反应活性的关键步骤。进一步开发能够应用于塑料电化学回收耦合析氢体系中并同时作为阴极和阳极的双功能催化剂，是优化该体系需要两种催化剂导致复杂工艺流程的解决方案。
技术实现思路
1、鉴于塑料电化学氧化和her电催化剂的平行发展趋势，专利技术一种同时适用于塑料电化学氧化和her的高效双功能过渡金属电催化剂对于塑料电催化回收生产高附加值产品和氢气具有重要意义。ab2x4型尖晶石化合物(a,b＝金属，x＝硫元素)被认为是由a2+和b3+阳离子占据x2-离子的四面体和八面体位置形成的，是典型的多几何构型特征催化剂。尖晶石化合物中不同的几何构型导致电子转移过程中形成不同的活性位点，影响反应的催化活性和选择性，因此可以适用于不同的反应机理和条件。因此，尖晶石化合物是很有前景的双功能催化剂，适用于塑料电化学氧化和her。
2、调整尖晶石的晶体结构和形态，提高活性位点的暴露和可及性是提高尖晶石化合物电催化活性的有效策略。纳米花是一种类似于花的三维纳米结构。与球形纳米粒子相比，纳米花具有开放的结构，提供更容易接近的活性位点并促进电子迁移。此外，纳米花结构中相交的扩展纳米金属促进了有效的电子转移。纳米花结构由于其独特的结构而具有较高的催化效率，在电催化、光催化、化学催化、传感器、超级电容器、电池等各个领域都表现出了优异的性能。
3、基于此，本专利技术提供一种纳米花状尖晶石型双功能催化剂及其制备方法与应用；该制备方法以泡沫镍为载体，采用水热法和焙烧法制备得到了纳米花状尖晶石型四氧化三钴催化剂，该催化剂具有双功能特性，能够应用于塑料电化学回收耦合析氢反应体系中作为阴极电极和/或阳极电极，并能够提高塑料电化学回收产物具有较高的选择性和法拉第效率，提升了该体系整体的电流效率。且该催化剂的制备流程简单，成本低。
4、一种纳米花状尖晶石型双功能催化剂的制备方法，包括以下步骤：
5、(1)将泡沫镍(nf)放入盐酸溶液中浸泡，后取出浸入无水乙醇中超声处理，再次取出置于去离子水中超声处理并循环3次，得到预处理的泡沫镍；
6、(2)将预处理的泡沫镍放入溶有六水合硝酸钴、氟化铵、尿素的去离子水混合溶液中进行水热反应，并将反应后的泡沫镍洗涤后烘干；
7、(3)将烘干后的泡沫镍置于马弗炉中于空气氛围下进行焙烧，得到所述纳米花状尖晶石型双功能催化剂。
8、上述步骤(1)中：
9、作为优选，盐酸溶液的浓度为1～5mol/l。进一步优选为3mol/l。
10、作为优选，盐酸溶液中的浸泡时间为0.5h。
11、作为优选，无水乙醇中超声处理的时间为0.5h。
12、作为优选，去离子水中超声处理的时间为0.5h。
13、上述步骤(2)中：
14、作为优选，混合溶液通过将六水合硝酸钴、氟化铵、尿素溶于去离子水中制备得到。
15、作为优选，混合溶液中，六水合硝酸钴与氟化铵的摩尔比为1：(1～3)。进一步优选为1：2。
16、作为优选，混合溶液中，六水合硝酸钴与尿素的摩尔比为1：(2～6)。进一步优选为1：4。
17、作为优选，混合溶液中，六水合硝酸钴与去离子水的质量比为1：
18、(600～800)。
19、作为优选，混合溶液中，钴元素的质量占泡沫镍质量的10～50wt.％。进一步优选为20～40wt.％。
20、作为优选，水热反应的反应温度为100～160℃，反应时间为4～10h。作为进一步优选，水热反应的反应温度为120～160℃，反应时间为4～8h。
21、作为优选，对反应后的泡沫镍的洗涤过程具体包括：将泡沫镍先后经乙醇洗涤三次、去离子水冲洗三次。
22、作为优选，烘干温度为50～70℃，烘干时间为10～14h。作为进一步优选，烘干温度为60℃，烘干时间为12h。
23、上述步骤(3)中：
24、作为优选，焙烧温度为280～350℃，焙烧时间为1～4h。作为进一步优选，焙烧温度为300～350℃，焙烧时间为2～4h。
25、一种纳米花状尖晶石型双功能催化剂，由上述任一项所述的纳米花状尖晶石型双功能催化剂的制备方法制备得到。本专利技术的纳米花状尖晶石型双功能钴基催化剂应用于塑料电化学回收耦合析氢体系中，展现了优异的塑料电化学氧化和her电催化性能，并获得了增值化学品和高值氢气。
26、一种如上所述的纳米花状尖晶石型双功能催化剂作本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种纳米花状尖晶石型双功能催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的纳米花状尖晶石型双功能催化剂的制备方法，其特征在于，混合溶液中，六水合硝酸钴与氟化铵的摩尔比为1：(1～3)。
3.根据权利要求1所述的纳米花状尖晶石型双功能催化剂的制备方法，其特征在于，混合溶液中，六水合硝酸钴与尿素的摩尔比为1：(2～6)。
4.根据权利要求1所述的纳米花状尖晶石型双功能催化剂的制备方法，其特征在于，混合溶液中，六水合硝酸钴与去离子水的质量比为1：(600～800)。
5.根据权利要求1所述的纳米花状尖晶石型双功能催化剂的制备方法，其特征在于，混合溶液中，钴元素的质量占泡沫镍质量的10～50wt.％。
6.根据权利要求1所述的纳米花状尖晶石型双功能催化剂的制备方法，其特征在于，水热反应的反应温度为100～160℃，反应时间为4～10h。
7.根据权利要求1所述的纳米花状尖晶石型双功能催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，焙烧温度为280～350℃，焙烧时间为1～4h。
8.
9.一种如权利要求8所述的纳米花状尖晶石型双功能催化剂作为阳极电极和/或阴极电极在塑料电化学回收耦合析氢反应中的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，塑料电化学回收耦合析氢反应中，废弃塑料的水解液通过将废弃塑料放入氢氧化钾溶液中进行水热反应制备得到；
...【技术特征摘要】
1.一种纳米花状尖晶石型双功能催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的纳米花状尖晶石型双功能催化剂的制备方法，其特征在于，混合溶液中，六水合硝酸钴与氟化铵的摩尔比为1：(1～3)。
3.根据权利要求1所述的纳米花状尖晶石型双功能催化剂的制备方法，其特征在于，混合溶液中，六水合硝酸钴与尿素的摩尔比为1：(2～6)。
4.根据权利要求1所述的纳米花状尖晶石型双功能催化剂的制备方法，其特征在于，混合溶液中，六水合硝酸钴与去离子水的质量比为1：(600～800)。
5.根据权利要求1所述的纳米花状尖晶石型双功能催化剂的制备方法，其特征在于，混合溶液中，钴元素的质量占泡沫镍质量的10～50wt.％。
6.根据权利要求...
【专利技术属性】
技术研发人员：王凯歌，苏静，李坦，殷琳嘉，孙炳炎，师晓鹏，王科然，刘鑫，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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