[发明专利]一种铂-镍催化剂气体扩散电极及其制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种铂‑镍催化剂气体扩散电极及其制备方法与应用，属于电极材料技术领域。本发明首先将导电材料和聚合物分散于乙醇中，得到分散液，再将分散液涂覆在Ni网上经煅烧处理，得到气体扩散层电极，然后再将气体扩散层电极放置于电解液中进行电沉积，之后进行煅烧处理，即可得到铂‑镍催化剂气体扩散电极。本发明所制备的铂‑镍催化剂气体扩散电极，有效地解决了2e^‑电化学氧还原反应在中性条件下动力学缓慢的问题，而且降低了贵金属的使用量，提高了过氧化氢的产量，显示出较高的催化活性和稳定性，同时还能够去除水体中孔雀石绿等有害物质。

技术领域

本发明涉及电极材料技术领域，尤其涉及一种铂-镍催化剂气体扩散电极及其制备方法与应用。

背景技术

过氧化氢(H₂O₂)是最重要和最基本的化学品之一，它广泛应用于不同行业，包括造纸和纸浆制造、消毒、废水处理、化学合成。但目前用于大规模生产H₂O₂的工业方法是蒽醌循环工艺，这种传统的方法消耗大量的H₂和其他种类的能源，产生大量的有机废物，并需要复杂的分离过程才能获得高纯度的H₂O₂以供使用。此外，蒽醌循环工艺需要集中的大型基础设施才能实现，这就需要运输和储存高浓度H₂O₂，危险系数很高。为了克服这一限制，亟需寻找合成H₂O₂的替代策略，以减少能源消耗、废物、生产成本和安全问题。

电化学氧还原反应(ORR)是通过2e^-转移过程电化学合成H₂O₂，与传统的蒽醌工艺相比，它利用绿色的反应前体(如空气和水)在温和的反应条件即可实现，引起了研究者的广泛关注。电化学氧还原反应合成H₂O₂过程中，催化剂的选择性、氧的传质和阴极反应界面上的电子转移是实现高效生产H₂O₂的三个重要因素。不幸的是，在常温常压下氧在水中的溶解度低至8mg/L，ORR受到氧传质的控制，并且电极溢流问题导致2e^-ORR反应动力学迟缓。因此，开发一种铂-镍催化剂气体扩散电极来提高H₂O₂电合成效率具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铂-镍催化剂气体扩散电极及其制备方法与应用，以解决现有技术中H₂O₂电合成效率低的技术问题。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种铂-镍催化剂气体扩散电极的制备方法，包括以下步骤：

将气体扩散层电极放置于电解液中进行电沉积，之后进行煅烧处理，即可得到铂-镍催化剂气体扩散电极；

所述气体扩散层电极的制备方法，包括以下步骤：

(1)将导电材料和聚合物分散于乙醇中，得到分散液；

(2)将分散液涂覆在Ni网上，然后进行煅烧处理，得到气体扩散层电极。

进一步的，所述步骤(1)中，导电材料包含乙炔黑、石墨烯、石墨粉、碳纳米管和MXenes中的一种或几种；所述聚合物为全氟磺酸或聚四氟乙烯。

进一步的，所述导电材料和聚合物的质量比为2～10:1～5；所述聚合物和乙醇的固液比为1～5g:10～100mL。

进一步的，所述步骤(2)中，煅烧处理的温度为300～500℃，煅烧处理的时间为20～180min。