【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电催化剂，具体是一种氧掺杂碳材料催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
1、双氧水（过氧化氢，h2o2）是一种重要的化学物质，在工业、医药、军工、食品和环境保护等领域有着广泛的应用。由于h2o2具有氧化和还原双功能性，且使用过程中不产生二次污染，因此被定义为绿色化工产品。目前，工业上大规模生产h2o2仍依赖于传统的蒽醌法，每年约99%的h2o2是基于此工艺生产制造。但蒽醌法制备h2o2的过程不仅能耗高、步骤繁琐，同时还会产生大量的有机废物。一种被认为是绿色、简便的h2o2生产方法是在催化剂的作用下由h2和o2直接合成，但该过程既存在副反应又存在爆炸的风险。近年来，通过电化学两电子氧还原反应（2e- orr）过程进行h2o2的合成作为一种有前景的反应路径被广泛研究。然而，由于氧还原反应存在另一种产物是水的四电子过程，也即2e- orr的竞争反应，因此，设计具有高选择性的2e- orr催化剂具有重要意义。
2、到目前为止，主要研究的2e- orr电催化剂是贵金属及其合金材料，包括au、pt、pd-au、pt-hg和pd-hg。然而，贵金属材料的高成本以及苛刻的制备条件极大地阻碍了其大规模应用。
3、碳材料作为一种低密度、高孔隙率、大比表面积、强导电性的材料，在吸附、能量的转化与储存、电容器和催化剂等领域有着广泛的应用。近年来，通过各种改性策略得到杂原子掺杂的碳材料被广泛报道，其中尤以控制氧化法得到的氧掺杂碳材料最受关注。目前的碳材料氧化法主要包括硝酸氧化法、高温煅烧法、等离子体处理法。文献《zha
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术拟解决的技术问题是，提供一种氧掺杂碳材料催化剂及其制备方法和应用。
2、本专利技术解决所述方法技术问题的技术方案是，提供一种氧掺杂碳材料催化剂的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
3、步骤1、将碳材料进行研磨，得到研磨后的碳材料；
4、步骤2、将研磨后的碳材料置于反应容器内；然后向反应容器内持续通入臭氧并调节反应的温度和相对湿度，对碳材料进行氧化，氧化完成后得到氧掺杂碳材料催化剂。
5、本专利技术解决所述催化剂技术问题的技术方案是，提供一种所述制备方法制备得到的氧掺杂碳材料催化剂，其特征在于，氧掺杂碳材料催化剂中，氧的质量分数为2~20%。
6、本专利技术解决所述应用技术问题的技术方案是，提供一种所述氧掺杂碳材料催化剂在电催化氧还原反应制备双氧水中的应用。
7、与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
8、（1）本专利技术采用臭氧氧化法，通过调节臭氧浓度、反应温度、反应时间、气体湿度等条件精确调控碳材料中含氧官能团的比例，控制氧化程度，调整优化其催化性能。
9、（2）本专利技术利用低浓度臭氧氧化代替传统的高温和/或化学试剂对碳材料进行氧化改性，臭氧氧化反应条件温和，可在反应过程中实时监控催化剂表面官能团变化。同时保持了碳材料本身高比表面积、高导电率的特性，有利于发挥高效的电催化活性。反应成本较低，不涉及高温、高压、强酸、强碱等苛刻反应条件。合成过程简便高效，过程可控，无需后处理过程，所得产物几乎无质量损耗。
10、（3）本专利技术只涉及碳材料的氧化，成本低，不含金属元素，使用过程中不存在离子溶出问题，具有更好的安全性。
11、（4）相比于传统的氧掺杂碳材料制备方法如硝酸回流氧化法、高温煅烧法等，本方法操作步骤简单、能耗低，可以在不产生结构变化和缺陷的前提下，对特定部分进行氧化，只涉及碳材料中氧含量的变化，同时可以实现对氧化效果的精确控制。
12、（5）臭氧氧化碳材料过程不产生额外污染物，尾气可利用工业催化剂或加热实现绿色净化，符合绿色化学的发展要求。
13、（6）该方法操作步骤简单、合成高效、过程可控、条件精确可调，可实现量产，适合于工业化生产和应用。
14、（7）本专利技术的催化剂，其性能经过电化学工作站与旋转环盘电极测试，在碱性条件下有良好的2e- orr催化性能，对双氧水的选择性达到91%，同时表现出良好的催化稳定性，适合于大规模生产推广和应用，具有广阔的发展前景。
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1.一种氧掺杂碳材料催化剂的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的氧掺杂碳材料催化剂的制备方法，其特征在于，步骤1中，碳材料为炭黑、活性炭、乙炔黑、碳纳米管或科琴黑中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的氧掺杂碳材料催化剂的制备方法，其特征在于，步骤1中，研磨后的碳材料的粒径为30~60nm，研磨时间为20~40min。
4.根据权利要求1所述的氧掺杂碳材料催化剂的制备方法，其特征在于，步骤2中，研磨后的碳材料占反应容器的容积的1~50%。
5.根据权利要求1所述的氧掺杂碳材料催化剂的制备方法，其特征在于，步骤2中，臭氧的浓度与研磨后的碳材料的质量之比为5~100ppm:1mg。
6.根据权利要求1所述的氧掺杂碳材料催化剂的制备方法，其特征在于，步骤2中，臭氧的流速为50~1000mL/min。
7.根据权利要求1所述的氧掺杂碳材料催化剂的制备方法，其特征在于，步骤2中，氧化的温度为10~70℃，时间为0.1~12h，相对湿度为0~80%。
8.根据权利要求1所述的氧
9.一种权利要求1-8任一所述制备方法制备得到的氧掺杂碳材料催化剂，其特征在于，氧掺杂碳材料催化剂中，氧的质量分数为2~20%。
10.一种权利要求9所述氧掺杂碳材料催化剂在电催化氧还原反应制备双氧水中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种氧掺杂碳材料催化剂的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的氧掺杂碳材料催化剂的制备方法，其特征在于，步骤1中，碳材料为炭黑、活性炭、乙炔黑、碳纳米管或科琴黑中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的氧掺杂碳材料催化剂的制备方法，其特征在于，步骤1中，研磨后的碳材料的粒径为30~60nm，研磨时间为20~40min。
4.根据权利要求1所述的氧掺杂碳材料催化剂的制备方法，其特征在于，步骤2中，研磨后的碳材料占反应容器的容积的1~50%。
5.根据权利要求1所述的氧掺杂碳材料催化剂的制备方法，其特征在于，步骤2中，臭氧的浓度与研磨后的碳材料的质量之比为5~100ppm:1mg。
6.根据权利要求1所述的氧掺杂碳材料催化剂的制备方法，其特征在于，步骤2中，臭氧的流速为50~1000ml/min。
7.根据权利要求1所述的氧掺杂碳材料催化剂的制备方法，其特征在于，步骤2中，氧化的温度为10~70℃，...
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