【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电催化制过氧化氢，具体涉及一种鸡毛衍生的自掺杂多孔碳及其制备方法和应用。
技术介绍
1、过氧化氢(h2o2)，又名双氧水，作为一种具有显著氧化能力的化学物质，因其绿色无污染的特性和广泛的应用领域，已成为现代社会不可或缺的重要化学品之一。从纸浆漂白到医疗消毒，再到环境污染物的降解，过氧化氢以其独特的化学性质，在工业生产和日常生活中扮演着关键角色。目前，工业上主要是利用蒽醌法来进行大规模生产过氧化氢。尽管该生产工艺成熟、体系完备，但缺点也较为明显，如工艺繁杂、能耗高、污染大以及成本高等。此外，利用氢气和氧气在pd等贵金属催化剂的作用下直接催化合成h2o2具有工艺简单、生产成本低和原子经济性等优点。但氢氧混合反应在热力学上是一个放热反应，因此混合气存在爆炸的风险。因此，人们不得不寻求兼具低成本、环境友好、资源利用率高和可持续的过氧化氢合成替代方法。
2、近年来，电化学方法，特别是通过二电子氧还原反应(2e-orr)生产过氧化氢的技术，该方法具有较高的过氧化氢合成效率、经济安全、环境友好等诸多优势，从而获得了广泛关注。二电子氧还原的关键在于设计具有活性好、选择性高以及长期稳定的高性能催化剂。贵金属及其合金(如pt-hg、pd-hg、aupd)目前被认为是高效的2e-orr催化剂，具有较小的过电势和高选择性，但其因其资源稀缺、成本高以及稳定差等缺点，极大限制了其大规模应用。碳材料由于其优异的导电性、可控的结构、丰富的资源以及低成本等众多优势，引起研究者们的广泛关注。而生物质资源丰富，来源广泛，不仅可以提供丰富的碳
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种鸡毛衍生的自掺杂多孔碳及其制备方法和应用，其可以获得丰富的纳米多孔结构和有效的2e-orr活性中心，从而获得高效的氮氧硫自掺杂多孔碳电催化剂，以提高碳基纳米材料电催化剂电化学法生产h2o2的性能。
2、在本专利技术的一个方面，本专利技术提出了一种鸡毛衍生的自掺杂多孔碳。根据本专利技术的实施例，由鸡毛和氢氧化钾组成，鸡毛自身所含的角蛋白中的胱氨酸在高温煅烧过程中将多种元素掺杂在碳骨架中，所述元素包括氮、氧和硫，同时氢氧化钾作为活化剂通过在高温下与碳发生化学反应，形成多孔结构。
3、在本专利技术的另一方面，本专利技术提出了一种鸡毛衍生的自掺杂多孔碳的制备方法。根据本专利技术的实施例，所述方法包括以下步骤：
4、(1)将鸡毛在低温下碳化、酸洗、烘干得到预碳化后的碳；
5、(2)通过湿法球磨将预碳化后的碳与氢氧化钾混合得到混合物前驱体；
6、(3)将混合物前驱体在惰性气氛下进行高温煅烧、酸洗、烘干，得到氮氧硫杂原子自掺杂的多孔碳材料，即所述鸡毛衍生的自掺杂多孔碳。
7、另外，根据本专利技术上述实施例的一种鸡毛衍生的自掺杂多孔碳的制备方法，还可以具有如下附加的技术特征：
8、在本专利技术的一些实施例中，步骤(1)具体包括以下步骤，将羽毛放在磁舟里，然后置于管式炉中，在惰性气氛下进行碳化，冷却至室温后，将其进行研磨、酸洗、烘干后得到预碳化后的碳。
9、在本专利技术的一些实施例中，所述惰性气氛为氩气，所述碳化温度为250～300℃，碳化的升温速率为3～5℃/min，碳化时间为1～2h，所述酸洗采用0.5～1mol/l盐酸，酸洗温度为60～80℃，酸洗时间为4～6h，所述烘干温度为60～70℃，烘干时间为8～12h。
10、在本专利技术的一些实施例中，步骤(2)中，所述氢氧化钾与预碳化后的碳的质量比为(1～5)：1，所述球磨的时间为2～4小时，转速为400～500rpm，每30～60分钟反转一次。
11、在本专利技术的一些实施例中，步骤(3)中，所述惰性气氛为氩气，所述煅烧的温度为750～800℃，升温速率为5～10℃/min，煅烧时间为1～2h。
12、在本专利技术的一些实施例中，步骤(3)中，所述酸洗采用0.5～1mol/l的盐酸，酸洗的温度为60～80℃，酸洗时间为4～6h，所述烘干的温度为60～70℃，烘干时间为8～12h。
13、在本专利技术的另一方面，本专利技术提出了一种鸡毛衍生的自掺杂多孔碳的应用。根据本专利技术的实施例，所述鸡毛衍生的自掺杂多孔碳用作电催化剂。
14、另外，根据本专利技术上述实施例的一种鸡毛衍生的自掺杂多孔碳的应用，还可以具有如下附加的技术特征：
15、在本专利技术的一些实施例中，所述鸡毛衍生的自掺杂多孔碳用作流动性电解池电催化氧还原反应中的电催化剂。
16、在本专利技术的一些实施例中，所述电催化剂用于电合成过氧化氢。
17、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
18、(1)本专利技术的鸡毛衍生的自掺杂多孔碳电催化剂相较于orr活性较低和h2o2选择性较低的贵金属基催化剂，该电催化剂具有较高的orr活性和高的h2o2选择性及稳定性，通过简单的混合和高温碱活化的方法，成功制备了杂原子掺杂的多孔碳。
19、(2)n、o、s杂原子的有效掺杂改变了碳原子的电子自旋状态从而获得丰富的2e-orr活性中心。
20、(3)本专利技术的鸡毛衍生的自掺杂多孔碳电催化剂具有丰富的微孔和介孔，一方面能够提供更高的o2传质效率，另一方面能够增大其比表面积，从而能够暴露更多的活性位点，有利于提高orr反应速率。
21、(4)介孔结构能够使得2e-orr反应生成的h2o2快速扩散到溶液中，避免其进一步被还原生成h2o，有利于提高材料的h2o2选择性，从而能够大大提高电催化制过氧化氢的效率。
22、(5)本专利技术的鸡毛衍生的自掺杂多孔碳电催化剂相较于金属基催化剂，成本低且对环境友好。
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1.一种鸡毛衍生的自掺杂多孔碳，其特征在于：由鸡毛和氢氧化钾组成，鸡毛自身所含的角蛋白中的胱氨酸在高温煅烧过程中将多种元素掺杂在碳骨架中，所述元素包括氮、氧和硫，同时氢氧化钾作为活化剂通过在高温下与碳发生化学反应，形成多孔结构。
2.一种权利要求1所述的鸡毛衍生的自掺杂多孔碳的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种鸡毛衍生的自掺杂多孔碳的制备方法，其特征在于：步骤(1)具体包括以下步骤，将羽毛放在磁舟里，然后置于管式炉中，在惰性气氛下进行碳化，冷却至室温后，将其进行研磨、酸洗、烘干后得到预碳化后的碳。
4.根据权利要求3所述的一种鸡毛衍生的自掺杂多孔碳的制备方法，其特征在于：所述惰性气氛为氩气，所述碳化温度为250～300℃，碳化的升温速率为3～5℃/min，碳化时间为1～2h，所述酸洗采用0.5～1mol/L盐酸，酸洗温度为60～80℃，酸洗时间为4～6h，所述烘干温度为60～70℃，烘干时间为8～12h。
5.根据权利要求2所述的一种鸡毛衍生的自掺杂多孔碳的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述氢氧
6.根据权利要求2所述的一种鸡毛衍生的自掺杂多孔碳的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，所述惰性气氛为氩气，所述煅烧的温度为750～800℃，升温速率为5～10℃/min，煅烧时间为1～2h。
7.根据权利要求2所述的一种鸡毛衍生的自掺杂多孔碳的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，所述酸洗采用0.5～1mol/L的盐酸，酸洗的温度为60～80℃，酸洗时间为4～6h，所述烘干的温度为60～70℃，烘干时间为8～12h。
8.一种权利要求1所述的鸡毛衍生的自掺杂多孔碳的应用，其特征在于：所述鸡毛衍生的自掺杂多孔碳用作电催化剂。
9.根据权利要求8所述的一种鸡毛衍生的自掺杂多孔碳的应用，其特征在于：所述鸡毛衍生的自掺杂多孔碳用作流动性电解池电催化氧还原反应中的电催化剂。
10.根据权利要求8所述的一种鸡毛衍生的自掺杂多孔碳的应用，其特征在于：所述电催化剂用于电合成过氧化氢。
...【技术特征摘要】
1.一种鸡毛衍生的自掺杂多孔碳，其特征在于：由鸡毛和氢氧化钾组成，鸡毛自身所含的角蛋白中的胱氨酸在高温煅烧过程中将多种元素掺杂在碳骨架中，所述元素包括氮、氧和硫，同时氢氧化钾作为活化剂通过在高温下与碳发生化学反应，形成多孔结构。
2.一种权利要求1所述的鸡毛衍生的自掺杂多孔碳的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种鸡毛衍生的自掺杂多孔碳的制备方法，其特征在于：步骤(1)具体包括以下步骤，将羽毛放在磁舟里，然后置于管式炉中，在惰性气氛下进行碳化，冷却至室温后，将其进行研磨、酸洗、烘干后得到预碳化后的碳。
4.根据权利要求3所述的一种鸡毛衍生的自掺杂多孔碳的制备方法，其特征在于：所述惰性气氛为氩气，所述碳化温度为250～300℃，碳化的升温速率为3～5℃/min，碳化时间为1～2h，所述酸洗采用0.5～1mol/l盐酸，酸洗温度为60～80℃，酸洗时间为4～6h，所述烘干温度为60～70℃，烘干时间为8～12h。
5.根据权利要求2所述的一种鸡毛衍生的自掺杂多孔碳的制备方法，其特征在于：步骤(2...
【专利技术属性】
技术研发人员：沈王强，张新新，吕珺，王鑫禹，徐光青，郭敏娜，黄煜中，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：
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