[发明专利]一种电催化还原氧气产生双氧水的方法

说明书

本发明公开了一种电催化还原氧气产生双氧水的方法，包括如下步骤：(1)制作单层厚度的电催化薄膜，制作单层厚度的电催化薄膜，该电催化薄膜由第一有机桥连配体和与该第一有机桥连配体相连的金属簇构成的金属有机单层，或由含有羟基的第二有机桥连配体和与该第二有机桥连配体相连的第一金属离子构成的金属有机单层；(2)用上述电催化薄膜催化氧气还原为双氧水。本发明通过化学方法合成超薄的二维金属有机单层材料的电催化薄膜，具有比表面积大、扩散速率快等特点，进而利于电催化的氧气还原过程，可高效、高选择性地产生双氧水，在氧还原过程中最高可产生80％选择性的双氧水。

技术领域

本发明属于电化学技术领域，具体涉及一种电催化氧还原产生双氧水的方法。

背景技术

过氧化氢被认为是最绿色的氧化剂之一，因为只有水是它氧化的副产品。双氧水的应用主要体现在漂白、废水处理、杀菌消毒等领域。为了满足过氧化氢的使用需求，全世界每年生产超过350万公吨的过氧化氢，其主要的工业生产方法是蒽醌法，但其能耗高、成本大、运输危险。因此，在应用场景原位生成H₂O₂具有重要价值。

通过双电子途径使氧气电催化还原，在适当的温度和大气压力条件下的原位产生双氧水，是一种小规模产生双氧水的理想途径。对于H₂O₂的生产，它需要一种活性高、成本低的电催化剂，高选择性地将氧气还原为双氧水(双电子途径)，避免还原为水(四电子途径)。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电催化氧还原产生双氧水的方法。

本发明的技术方案如下：

一种电催化还原氧气产生双氧水的方法，包括如下步骤：

(1)制作单层厚度的电催化薄膜，该电催化薄膜由第一有机桥连配体和与该第一有机桥连配体相连的金属簇构成的金属有机单层，或由含有羟基的第二有机桥连配体和与该第二有机桥连配体相连的第一金属离子构成的金属有机单层；

(2)用上述电催化薄膜催化氧气还原为双氧水。

在本发明的一个优选实施方案中，所述电催化薄膜由所述金属簇和第一有机桥连配体通过溶剂热合成法组装而成。

进一步优选的，所述第一有机桥连配体包括1，3，5-三(4-羧基苯基)苯和4-苯甲酸-2，2，2-三联吡啶-5，5-二羧酸，所述金属簇中的金属包括铪和锆。

在本发明的一个优选实施方案中，所述电催化薄膜由第一金属离子和含羟基的第二有机桥连配体通过Langmuir-Blodgett(以下简称：LB)膜法组装而成，且第一金属离子与上述羟基直接配位。

进一步优选的，所述第二有机桥连配体包括2，3，6，7，10，11-六羟基三亚苯水合物，所述第一金属离子中的金属包括铪和锆。

进一步优选的，所述电催化薄膜的空腔中吸附有金属水合物的第二金属离子，且该第二金属离子可在所述单层厚度的电催化薄膜移动。

更进一步优选的，所述第二金属离子包括Ni离子和Fe离子。

本发明的有益效果是：本发明通过化学方法合成超薄的二维金属有机单层材料的电催化薄膜，具有比表面积大、扩散速率快等特点，进而利于电催化的氧气还原过程，可高效、高选择性地产生双氧水，在氧还原过程中最高可产生80％选择性的双氧水。

附图说明

图1为本发明实施例1中Hf-BTB-MOL及Hf-BTB-MOL-Ni测试和模拟的粉末X-射线衍射(PXRD)花样。

图2为本发明实施例1中Hf-BTB-MOL及Hf-BTB-MOL-Ni热重分析失重曲线。