【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电催化材料领域，更具体地，涉及一种富缺陷的氟掺杂碳复合电催化剂、其制备方法和应用。
技术介绍
1、过氧化氢(h2o2)是一种非常重要的化学物质，在消毒、漂白剂、水处理等一系列工业和医疗保健领域有着广泛的应用。目前工业生产h2o2主要采用传统的蒽醌氧化法(简称aop法)，该方法能耗高，污染严重。此外，为了降低运输成本，生产的h2o2通常以高浓度形式存在，这必然会带来额外的安全风险。
2、因此，开发一种小型化、分布式、节能的h2o2生产工艺对h2o2相关产业的可持续发展具有重要和迫切的意义。电催化二电子氧还原反应(2e--orr)因其节能环保的特点被认为是替代传统aop的一种很有前途的方法。2e--orr制h2o2工艺从根本上决定了整个过程的选择性、产率和稳定性。因此，探索具有上述特点的先进生产工艺已成为该领域的一个重要课题。
3、氟掺杂碳基材料被证明具有较好的两电子选择性。但是，由于目前常用的材料制备方法中最终氟掺杂的含量较低，一般低于5％，由于掺杂比例较低，导致氟掺杂碳基材料虽然具有较好的选择性，但其最终的过氧化氢产率通常较低。在这种情况下，通过新的材料合成方法在碳基底上负载具有高密度氟掺杂的活性位点可能是解决上述问题的可行方法。
4、公开号为cn101284659a的专利申请公开了一种以有机氟为氟化剂来制备氟化碳纳米管的方法，其将聚四氟乙烯和碳纳米管混合后装入反应器，密封加热，加热温度维持在100～600℃，其制备方法安全性高，无污染，但是具有如下缺点：制备过程仍较为复杂，且最
5、因此，需要开发出一种富缺陷氟掺杂炭复合电催化剂，并能应用于生产h2o2，并且整个工艺过程节能环保，产率高以及稳定性好。
技术实现思路
1、针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种富缺陷的氟掺杂碳复合电催化剂、其制备方法和应用，旨在解决现有技术中复合电催化剂氟掺杂的含量较低，过氧化氢产率低的问题。
2、为实现上述目的，按照本专利技术的第一个方面，提供了一种富缺陷氟掺杂碳复合电催化剂，其包括碳基体和负载在碳基体上的富缺陷聚四氟乙烯衍生碳，富缺陷聚四氟乙烯衍生碳为聚四氟乙烯脱去部分氟元素形成，富缺陷聚四氟乙烯衍生碳附着或/和以化学键结合的方式负载于碳基体上，碳基体具有导电性能。
3、以上专利技术构思中，碳基体起到导电作用并且作为载体，富缺陷聚四氟乙烯衍生碳附着碳基体或者同时为附着并且与碳基体形成化学键合，增强衍生碳与基底的电子传递，提高催化性能。富缺陷聚四氟乙烯衍生碳随着碳基体的形态不同分散也不同，但是其能均匀分散在碳基体上。富缺陷聚四氟乙烯衍生碳为线状、链状、颗粒状或者短链状。
4、进一步的，富缺陷聚四氟乙烯衍生碳为聚四氟乙烯经过等离子体球磨方式脱去部分氟元素形成。以上专利技术构思中，利用等离子体球磨产生瞬时高温，能有效脱去聚四氟乙烯中的氟元素，形成富缺陷结构，该缺陷结构同时也是高活性位点。通过控制等离子球磨的工艺参数，能获得预期的脱氟效果。
5、进一步的，碳基体为碳纳米管、碳粉、碳布或/和碳纤维。实际上，满足导电要求的碳材料，均能用作本专利技术申请中的碳基体。
6、按照本专利技术的第二个方面，提供制备如上所述的富缺陷氟掺杂碳复合电催化剂的方法，将聚四氟乙烯和碳基体按照质量比不大于1的比例混合，然后执行等离子体球磨，结束球磨后产物为富缺陷氟掺杂碳复合电催化剂。以上专利技术构思中，限定聚四氟乙烯和碳基体按照质量比不大于1的原因是优化催化剂的导电能力和保障充足的催化位点密度。
7、进一步的，等离子体球磨处理时间为20分钟～120分钟。
8、进一步的，等离子体球磨功率为10w～900w，转速10rpm～1500rpm。
9、进一步的，等离子体球磨频率为1khz～10khz。
10、以上专利技术构思中，等离子体球磨工艺中，等离子体是冷场放电产生的等离子体，等离子体球磨时间，等离子体球磨功率，等离子体球磨转速以及等离子体球磨频率这些关键的工艺参数需要综合作用，达到优化催化剂结构和性能的目的，如果等离子体球磨时间过长，会导致ptfe链状结构中氟原子脱出过多，降低含氟活性位点数量，等离子体球磨时间过短，会导致ptfe无法负载在碳纳米管上，等离子体球磨功率过高，会导致ptfe链状结构中氟原子脱出过多，含氟活性位点数量降低，等离子体球磨功率过低，会导致氟原子无法脱出导致ptfe中碳原子不能暴露出来吸附反应中间体，等离子体球磨转速过高会导致多壁碳纳米管结构被破坏，反之，则会会导致ptfe与多壁碳纳米管之间无法有效结合，电子传输效果差，等离子体球磨频率过高会导致氟原子脱出过多，含氟活性位点数量降低，反之，则会造成氟原子无法脱出导致ptfe中碳原子不能暴露出来吸附反应中间体。
11、按照本专利技术的第三个方面，提供如上所述富缺陷氟掺杂碳复合电催化剂的应用，其在制备双氧水过程中用作催化剂。
12、进一步的，将富缺陷氟掺杂碳复合电催化剂、粘结剂和分散剂混合均匀，配置成富缺陷氟掺杂碳复合电催化剂浓度为2mg/ml～10mg/ml的浆料，将浆料涂覆在电极上，干燥后得到负载有富缺陷氟掺杂碳复合电催化剂的电极，
13、将所述电极作为工作电极，将碱溶液和中性盐溶液的混合溶液作为电解液，催化制备双氧水。碱溶液包括氢氧化钾溶液和ph值8.2的生理盐水(0.9wt％氯化钠溶液)，中性盐溶液比如为0.5m(0.5mol/l)氯化钠溶液。
14、进一步的，粘结剂为nafion，分散剂为醇类与水的混合物，所述醇类是指异丙醇、乙醇或/和甲醇，粘结剂、醇类和水的体积比为(3-5)：20：(75-77)。
15、本专利技术制备的双氧水，能用于染料降解，包括但不限于亚甲基蓝，罗丹明b和中性红，抗生素降解，包括但不限于氯霉素和左氧氟沙星，还能用于灭菌应用，包括但不限于金葡萄球菌。
16、总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：
17、1.本专利技术的富缺陷氟掺杂碳复合电催化剂相较于常见氟掺杂碳材料催化剂，使用等离子体球磨技术，利用其瞬时高温的特点，将聚四氟乙烯中部分氟原子脱出，形成富缺陷结构，并通过球磨将富缺陷聚四氟乙烯负载到碳基体上，整个材料具有含量极高的氟元素比例(质量含量可以高达约15％)，本专利技术的富缺陷氟掺杂碳复合电催化剂中极高含量的氟原子掺杂有效的激活了周围的碳原子，使其能够在电催化两电子氧还原制备过氧化氢的过程中表现出优异的反应活性，能提高产率，提升选择性及稳定性，具体数据为：过氧化氢产率高达35mol g-1h-1，选择性超过95％。
18、2.本专利技术的富缺陷氟掺杂炭复合电催化剂相较于常见氟掺杂碳材料催化剂具有更高的过氧化氢产率，高达35mol g-1h-1，而常见电催化合成过氧化氢产率约为5～10mol g-1h-1，本专利技术申请提出了一种本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种富缺陷氟掺杂碳复合电催化剂，其特征在于，其包括碳基体和负载在碳基体上的富缺陷聚四氟乙烯衍生碳，富缺陷聚四氟乙烯衍生碳为聚四氟乙烯脱去部分氟元素形成，富缺陷聚四氟乙烯衍生碳附着或/和以化学键结合的方式负载于碳基体上，碳基体具有导电性能。
2.如权利要求1所述的富缺陷氟掺杂碳复合电催化剂，其特征在于，富缺陷聚四氟乙烯衍生碳为聚四氟乙烯经过等离子体球磨方式脱去部分氟元素形成。
3.如权利要求1所述的富缺陷氟掺杂碳复合电催化剂，其特征在于，碳基体为碳纳米管、碳粉、碳布或/和碳纤维。
4.制备如权利要求1-3任一所述的富缺陷氟掺杂碳复合电催化剂的方法，其特征在于，将聚四氟乙烯和碳基体按照质量比不大于1的比例混合，然后执行等离子体球磨，结束球磨后产物为富缺陷氟掺杂碳复合电催化剂。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，等离子体球磨处理时间为20分钟～120分钟。
6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，等离子体球磨功率为10W～900W，转速10RPM～1500RPM。
7.如权利要求4所述的方法，其特征在于，
8.如权利要求1-3任一所述富缺陷氟掺杂碳复合电催化剂的应用，其特征在于，其在制备双氧水过程中用作催化剂。
9.如权利要求8所述的应用，其特征在于，将富缺陷氟掺杂碳复合电催化剂、粘结剂和分散剂混合均匀，配置成富缺陷氟掺杂碳复合电催化剂浓度为2mg/mL～10mg/mL的浆料，将浆料涂覆在电极上，干燥后得到负载有富缺陷氟掺杂碳复合电催化剂的电极，
10.如权利要求9所述的应用，其特征在于，粘结剂为Nafion，分散剂为醇类与水的混合物，所述醇类是指异丙醇、乙醇或/和甲醇，粘结剂、醇类和水的体积比为(3-5)：20：(75-77)。
...【技术特征摘要】
1.一种富缺陷氟掺杂碳复合电催化剂，其特征在于，其包括碳基体和负载在碳基体上的富缺陷聚四氟乙烯衍生碳，富缺陷聚四氟乙烯衍生碳为聚四氟乙烯脱去部分氟元素形成，富缺陷聚四氟乙烯衍生碳附着或/和以化学键结合的方式负载于碳基体上，碳基体具有导电性能。
2.如权利要求1所述的富缺陷氟掺杂碳复合电催化剂，其特征在于，富缺陷聚四氟乙烯衍生碳为聚四氟乙烯经过等离子体球磨方式脱去部分氟元素形成。
3.如权利要求1所述的富缺陷氟掺杂碳复合电催化剂，其特征在于，碳基体为碳纳米管、碳粉、碳布或/和碳纤维。
4.制备如权利要求1-3任一所述的富缺陷氟掺杂碳复合电催化剂的方法，其特征在于，将聚四氟乙烯和碳基体按照质量比不大于1的比例混合，然后执行等离子体球磨，结束球磨后产物为富缺陷氟掺杂碳复合电催化剂。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，等离子体球磨处理时间为20分钟...
【专利技术属性】
技术研发人员：闫啸，梁骥，彭威，王新中，
申请(专利权)人：深圳信息职业技术学院，
类型：发明
国别省市：
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