[發明專利]一種用于電催化制備過氧化氫的催化劑及其制備方法

有效

• 申請號: 202011230714.3
• 申請日: 2020-11-06
• 公開（公告）號: CN112390739B
• 公開（公告）日: 2022-06-17
• 發明（設計）人: 薛海榮;孫志鵬;王濤;何建平;龔浩;姜澄;盛雷;高斌;范海云
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: C07D207/325
• 分類號: C07D207/325;B01J31/02;C25B1/30;C25B11/052;C25B11/085
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

本發明公開一種用于電催化制備過氧化氫的催化劑及其制備方法，屬于有機非金屬材料領域，制備得到的催化劑穩定性良好，便于儲存和運輸。本發明將吡咯與蒽醌?2?甲酸經過氯代接枝后制備2?（1H?吡咯?1?羰基）蒽?9,10?二酮，制備得到的催化劑穩定性良好，便于儲存和運輸。本發明的催化劑為2?（1H?吡咯?1?羰基）蒽?9,10?二酮，制備方法包含以下步驟：在氬氣持續通氣情況下將蒽醌?2?羧酸、氯化亞砜溶于四氫呋喃中，在40?75℃攪拌3?6小時得到淡黃色的溶液，之后迅速加入氫化鈉的無水丙酮溶液，然后持續通氣15分鐘后逐滴滴加吡咯，在70oC持續反應12?36小時，所得產物經柱層析法分離得到棕黃色固體，即所述催化劑。

技術領域

本發明屬于有機非金屬材料領域，尤其涉及一種用于電催化制備過氧化氫的催化劑及其制備方法。

背景技術

過氧化氫的工業制備方式為蒽醌法，能源消耗巨大且副產物眾多。同時由于過氧化氫高度活潑的化學性質，其儲存運輸等方面存在極大的挑戰。利用電催化氧還原反應的方式制備過氧化氫已經成為目前研究的熱點。常見的電催化氧還原反應制備過氧化氫的催化劑包括：金、鈀等貴金屬及合金、氧化錫等半導體、碳納米管及氧化石墨烯等碳材料、貴金屬單原子催化劑等。然而上述催化劑或價格昂貴或制備工藝繁瑣，不利于大規模工業化生產。吡咯具有較為活潑的化學性質，在能源存儲、光電催化領域得到了廣泛應用，其氨基可以與蒽醌-2-羧酸結合。蒽醌則是工業制備過氧化氫的常用催化劑。將二者結合所得產物是電催化氧還原制備過氧化氫的理想催化劑，具有廣闊的應用前景。

發明內容

本發明提供了一種用于電催化制備過氧化氫的催化劑及其制備方法，提供了一種新的電催化制備過氧化氫的催化劑，將蒽醌-2-羧酸接枝到吡咯上并進行電聚合，制備得到的催化劑穩定性良好，便于儲存和運輸。

為實現以上目的，本發明采用以下技術方案：

一種用于電催化制備過氧化氫的催化劑，所述催化劑為2-(1H-吡咯-1-羰基)蒽-9,10-二酮，結構為：

一種用于電催化制備過氧化氫的催化劑的制備方法，包括以下步驟：

(1)將蒽醌-2-羧酸溶于四氫呋喃中，攪拌形成透明的溶液；然后逐滴加入含有氯化亞砜的四氫呋喃溶液，每1g蒽醌-2-羧酸對應的氯化亞砜的量為1～1.5ml，反應環境持續通入惰性氣體，在0℃下均勻攪拌1-3小時直至形成淡黃色溶液；

(2)在步驟(1)得到的溶液中迅速加入氫化鈉的無水丙酮混合液，每1g蒽醌-2-羧酸對應的氫化鈉質量為0.1-0.2g，在40-75℃下均勻攪拌3-6小時；

(3)將步驟(2)得到的溶液逐滴加入吡咯的丙酮溶液，在50-75℃下均勻攪拌12-36小時，直至溶液變為紅棕色；

(4)將步驟(3)得到的紅棕色溶液經過水洗萃取后采用柱層析法分離，得到黃棕色固體，即所述催化劑。

以上所述步驟中，步驟(1)中每1-1.2g蒽醌-2-羧酸溶于30ml無水四氫呋喃，每1-1.5ml氯化亞砜溶于19mL無水四氫呋喃中，所述惰性氣體為氬氣或氮氣；

步驟(2)中每0.1-0.2g氫化鈉溶于15mL丙酮中；

步驟(3)中每0.1mL吡咯溶于10mL丙酮中，柱層析法淋洗液為乙酸乙酯和無水丙酮混合液，乙酸乙酯的量遠大于丙酮。

步驟(4)中所得的黃棕色固體需要避光保存。