[發明專利]一種氟摻雜碳五氧化二鉭復合材料、其制備方法及應用

在審

• 申請號: 202010592193.X
• 申請日: 2020-06-24
• 公開（公告）號: CN111729665A
• 公開（公告）日: 2020-10-02
• 發明（設計）人: 柴國良;王珂;張浩;謝歡
• 申請（專利權）人: 中國科學院福建物質結構研究所
• 主分類號: B01J23/20
• 分類號: B01J23/20;B01J27/06;B01J35/00;B01J37/08;C25B1/30;C25B11/06
• 代理公司: 北京元周律知識產權代理有限公司 11540
• 代理人: 張瑩;楊曉云

本申請公開了氟摻雜碳五氧化二鉭復合材料、其制備方法及應用。該氟摻雜碳五氧化二鉭復合材料包括氟摻雜碳基體和分散在所述氟摻雜碳基體中的五氧化二鉭顆粒。該氟摻雜碳五氧化二鉭復合材料作為催化劑在在電催化兩電子氧還原產雙氧水中的應用，有效的提高了五氧化二鉭的導電性從而增加了五氧化二鉭的催化活性，并且通過協同效應進一步提高了五氧化二鉭對兩電子氧還原生成雙氧水的選擇性，解決了現有金屬氧化物導電率低、催化活性差的問題，且具有很好的穩定性。

技術領域

本申請涉及一種氟摻雜碳五氧化二鉭復合材料、其制備方法及其作為催化劑在電催化兩電子氧還原產雙氧水中的應用，屬于催化劑領域。

背景技術

雙氧水作為一種綠色的強氧化劑，其分解產物只有水和氧氣，在環境保護和化學合成等工業和生活領域有著廣泛的應用。迄今為止，全球每年90％以上的雙氧水都是由蒽醌氧化工藝合成，這種方法步驟繁多，造成的不必要的能量損耗巨大，并且容易生成其他沒用的副產物。目前可替代蒽醌工藝的有氫氣氧氣在貴金屬的作用下直接合成雙氧水的方法和光催化合成雙氧水等。氫氣氧氣直接合成雙氧水雖然環保，并且沒有其他副產物，但是氫氣和氧氣混合氣容易帶來爆炸等危險，也需要價格昂貴的貴金屬催化劑。光催化相對節能安全，但是其催化合成產率低下，在目前的應用領域中不太適用。最近，氧氣陰極電催化通過兩電子電催化還原生成雙氧水可以解決工業上合成雙氧水能耗巨大和污染等重大問題。

過渡金屬氧化物由于儲量豐富、價格低廉、且對環境的影響較小，是一種電催化兩電子氧還原合成雙氧水的可大規模應用的催化劑，但是其導電性差限制了催化的活性。因此仍需進一步開發催化活性高的電催化兩電子氧還原合成雙氧水的催化劑。

發明內容

根據本申請的一個方面，提供了一種氟摻雜碳五氧化二鉭復合材料、及其制備方法，及氟摻雜碳五氧化二鉭復合材料作為催化劑在電催化兩電子氧還原生成雙氧水中的應用。本發明制備的氟摻雜碳五氧化二鉭復合材料催化劑，有效的提高了五氧化二鉭的導電性從而增加了五氧化二鉭的催化活性，并且通過協同效應進一步提高了五氧化二鉭對兩電子氧還原生成雙氧水的選擇性，解決現有金屬氧化物導電率低、催化活性差的問題。此催化劑具有較高的選擇性和活性，在pH為13的條件下，該催化劑可在電流密度為2.5mA cm^-2的條件下雙氧水的選擇性達到80％以上，且能夠穩定長達數十個小時。

根據本申請的一個方面，提供一種氟摻雜碳五氧化二鉭復合材料，包括氟摻雜碳基體和分散在所述氟摻雜碳基體中的五氧化二鉭顆粒。

可選地，所述五氧化二鉭顆粒的粒徑為50～200nm。

可選地，所述五氧化二鉭顆粒的粒徑為70～150nm。

可選地，所述五氧化二鉭顆粒與所述氟摻雜碳基體的質量比為1：0.25～4。

可選地，所述五氧化二鉭顆粒與所述氟摻雜碳基體的質量比為1：0.5～2。

可選地，所述五氧化二鉭顆粒與所述氟摻雜碳基體的質量比的上限選自1:0.5、1:0.75、1:1、1:1.25、1:1.5、1:1.75、1:2、1:3或1：4；下限選自1:0.25、1:0.5、1:0.75、1:1、1:1.25、1:1.5、1:1.75、1:2或1:3。

可選地，所述含氟聚合物選自聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯中的至少一種。

可選地，所述氟摻雜碳五氧化二鉭復合材料具有微孔結構。

可選地，所述微孔的孔徑為1～2nm。

可選地，所述微孔的孔徑為1～1.5nm。

可選地，所述氟摻雜碳五氧化二鉭復合材料的阻抗為35～37Ω。

可選地，所述氟摻雜碳五氧化二鉭復合材料的阻抗為30-40Ω。