[发明专利]一种电催化制备过氧化氢的单原子催化剂、制备方法及其应用

权利要求书

1.一种电催化制备过氧化氢的单原子催化剂的制备方法，其特征在于，所述的单原子催化剂由载体和过渡金属组成，所述的过渡金属以单原子的形式固定在载体的表面；

所示的过渡金属和载体的质量比为1:150；

所述的载体为掺氮多孔碳，所述的掺氮多孔碳为腐殖酸煅烧后所得；

所述的过渡金属为Co、Fe和Mn；

所述的电催化制备过氧化氢的单原子催化剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）制备掺氮多孔碳载体前驱体：称取100g载体，超声10min，使其均匀分散在水溶液中，配置成10g/L的载体前驱体，搅拌2h得到溶液A；

（2）采用化学沉淀法制备金属单原子前驱体：将20-40ml的20%碳酸氢钠溶液以10μL/秒的速度缓慢滴加入100ml的乙酰丙酮盐溶液，所述的乙酰丙酮盐为过渡金属的盐，以500rpm的转速搅拌混合，混合液升温至60℃，继续以相同速度搅拌2h，冷却至室温，制得混合液B；

（3）制备单原子催化剂前驱体：将溶液B滴加到溶液A里，其中过渡金属与载体的质量比为1:150，继续以500rpm的转速搅拌12h，搅拌停止后，用去离子水洗涤至中性，过滤烘干，得到固体产物用行星球磨机研磨至500nm，制得粉末；

（4）原位热分解生成单原子催化剂：所得粉末在5%H₂/Ar气氛中热处理，所述热处理的温度是60min升到500℃保持2h，再60min升到800℃保持2h，得到产物用行星球磨机研磨至500nm，得到单原子催化剂。

2.根据权利要求1所述的电催化制备过氧化氢的单原子催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述的乙酰丙酮盐溶液为5-10g/L的水溶液。

3.一种根据权利要求1或2所述方法制备的电催化制备过氧化氢的单原子催化剂的应用，其特征在于，利用单原子催化剂制成的材料应用于电催化氧化还原制备双氧水中。

4.根据权利要求3所述的电催化制备过氧化氢的单原子催化剂的应用，其特征在于，所述的材料为阴极材料，所述的阴极材料为单原子催化剂掺杂的泡沫碳或单原子催化剂掺杂的泡沫镍。

5.根据权利要求3所述的电催化制备过氧化氢的单原子催化剂的应用，其特征在于，电催化中所用到的电催化装置由阴极、阳极和阴极腔、阳极腔构成；所述的阴极腔与阳极腔并列设置，阴极腔与阳极腔侧面通过Nafion膜隔开；阴极侧放固定在阴极腔内，阳极侧放固定在阳极腔内；阴极腔底部设置有阴极腔进水管和氧气进管；阴极腔内阴极下方设置有布气室，布气室顶面为多孔板；布气室与氧气进管的出气端连通；阴极上方的阴极腔的侧壁上设置阴极腔排水管；阳极腔底部设置有阳极腔进水管，阳极上方的阳极腔侧壁上设置有阳极腔排水管；所述的阳极的材质Pt/C电极；所述阴极与电源负极导线相连接；阳极与电源正极导线相连接；所述阴极腔与阳极腔的水力停留时间相同，所述阴极腔与阳极腔的水力停留时间在60s-300s。

6.根据权利要求5所述的电催化制备过氧化氢的单原子催化剂的应用，其特征在于，所述的电催化装置应用在废水处理中，包括以下步骤：将制备过氧化氢的电催化装置的阴极腔排水管与废水处理装置的氧化剂进口连通；利用阴极腔排水管向废水处理装置中输入过氧化氢溶液作为氧化剂，即完成。