[發明專利]一種負載金屬Ni的碳氣凝膠催化劑、其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202210497431.8
• 申請日: 2022-05-09
• 公開（公告）號: CN114875441A
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發明（設計）人: 陳然;王建國;鐘興;應惠娟;孔家倫;彭小革
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: C25B11/089
• 分類號: C25B11/089;C25B11/065;C25B11/031;C25B1/30
• 代理公司: 杭州浙科專利事務所(普通合伙) 33213
• 代理人: 龔如朝

1.一種負載金屬Ni的碳氣凝膠催化劑的合成方法，其特征在于包括以下步驟：以間苯二酚和甲醛為反應原料，以水為溶劑，將反應原料與溶劑混合后置于油浴鍋的加熱環境中凝膠老化，得到的粘稠狀樣品進行溶劑交換后到水凝膠，將水凝膠碳化處理后得到載體碳氣凝膠并作為載體；用鎳鹽作為鎳原子的前驅體，將鎳鹽溶液和碳氣凝膠按照一定的比例混合并充分攪拌使鎳鹽負載于碳氣凝膠上，然后用還原劑對其還原，使鎳鹽轉化為鎳金屬單質，得到最終產物負載金屬Ni的碳氣凝膠催化劑，即為Ni/CXGs催化劑。

2.如權利要求1所述的一種負載金屬Ni的碳氣凝膠催化劑的合成方法，其特征在于具體包括以下步驟：

1）向燒杯中加入間苯二酚、甲醛溶液和去離子水并攪拌均勻，然后將燒杯轉移至油浴鍋中加熱，使燒杯中反應液體系在加熱下進行凝膠老化，控制凝膠老化過程中的加熱溫度和時間使形成濕凝膠；

2）步驟1）反應結束后，向合成的粘稠狀濕凝膠中加入丙酮，靜置下進行溶劑交換后干燥得到水凝膠；

3）將步驟2）得到的水凝膠轉移到管式爐中于惰性氣氛下進行高溫碳化處理，冷卻至室溫得到載體碳干凝膠CXGs，將其研磨成粉末狀備用；

4）向步驟3）所得碳干凝膠中加入鎳鹽，邊攪拌邊加入還原劑水溶液至還原劑水溶液沒過碳干凝膠粉末，充分攪拌下鎳鹽負載于碳干凝膠上并被還原劑還原轉化為鎳金屬單質，最后對反應后的樣品進行離心、洗滌、干燥得到最終產物Ni/CXGs催化劑。

3.如權利要求2所述的一種負載金屬Ni的碳氣凝膠催化劑的合成方法，其特征在于步驟1）中，甲醛溶液的質量濃度在30~ 40%，優選為37%；間苯二酚的質量與所述甲醛溶液的體積之比為1 g：（1 ~ 3）mL，優選為1g：1.8~2mL；間苯二酚的質量與去離子水溶劑的體積之比是1 g:（3 ~ 8）mL，優選為1g:4.5~5mL。

4.如權利要求2所述的一種負載金屬Ni的碳氣凝膠催化劑的合成方法，其特征在于步驟1）中，油浴鍋的加熱溫度為70℃~120℃，優選為90℃，凝膠老化時間在24 ~72 h，優選48h。

5.如權利要求2所述的一種負載金屬Ni的碳氣凝膠催化劑的合成方法，其特征在于步驟2）中，干燥的方式為常溫干燥、真空干燥或冷凍干燥，優選為冷凍干燥。

6.如權利要求2所述的一種負載金屬Ni的碳氣凝膠催化劑的合成方法，其特征在于步驟3）中，碳化溫度為400 ~ 800℃，優選為600℃；碳化時間為2 ~5 h，優選為3 h，氣氛為N₂。

7.如權利要求2所述的一種一種負載金屬Ni的碳氣凝膠催化劑的合成方法，其特征在于步驟4）中，前驅體鎳鹽為乙酸鎳、氯化鎳和硫酸鎳中的至少一種，優選為氯化鎳；碳干凝膠與鎳鹽的投料質量比為3~90:1，優選為6~9:1。

8.如權利要求2所述的一種負載金屬Ni的碳氣凝膠催化劑的合成方法，其特征在于步驟4）中，還原劑為硼氫化鈉、乙二胺和葡萄糖中的至少一種，優選硼氫化鈉作為還原劑。

9.如權利要求1 ~ 8任一所述方法合成的負載金屬Ni的碳氣凝膠催化劑。

10.如權利要求9所述的負載金屬Ni的碳氣凝膠催化劑在電催化氧還原制備雙氧水中的應用，其特征在于以電化學工作站作為電化學發生裝置，采用三電極測量體系，將所述負載金屬Ni的碳氣凝膠催化劑涂覆在碳布或者旋轉環盤電極的圓形玻碳區域上作為工作電極，以鉑絲作為對電極，飽和甘汞作為參比電極，以KOH水溶液作為電解液，并在電解液中持續通入氧氣，進行電化學氧還原反應，生產雙氧水產品；其中，KOH水溶液的濃度為0.05mol/L ~ 0.2 mol/L，優選為0.1 mol/L。