[發明專利]表面氮氧共摻雜鐵鉬雙金屬材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202210610079.4
• 申請日: 2022-05-31
• 公開（公告）號: CN114990621B
• 公開（公告）日: 2023-10-27
• 發明（設計）人: 郝召民;吳文杰;王怡童;逯甜甜;姬紫玉;范譽隆
• 申請（專利權）人: 河南大學
• 主分類號: C25B11/091
• 分類號: C25B11/091;C25B1/30
• 代理公司: 鄭州優盾知識產權代理有限公司 41125
• 代理人: 鄭園

本發明屬于電催化技術領域，具體涉及一種表面氮氧共摻雜鐵鉬雙金屬材料及其制備方法和應用。將鐵鹽、鉬鹽溶解在溶劑中后，利用水熱法合成氧化物前驅體；將氧化物前驅體褪火處理得到氮化物前驅體；將氮化物前驅體褪火處理得到表面氮氧共摻雜鐵鉬雙金屬材料。本發明提供的表面氮氧共摻雜鐵鉬雙金屬材料，用于電催化O₂合成H₂O₂，主要為了解決現存H₂O₂工業化生產過程中能源損耗大，環境污染大的問題。本發明的制備方法工藝簡單，操作方便，成本投入低，所制備的一種表面氮氧共摻雜鐵鉬雙金屬材料，可直接催化O₂生成H₂O₂。本發明制備的材料在電催化、節能減排等領域有重要的應用價值。

技術領域

本發明屬于電催化技術領域，具體涉及表面氮氧共摻雜鐵鉬雙金屬材料的制備及在電催化O₂合成H₂O₂方面的應用。

背景技術

過氧化氫（H₂O₂），作為一種重要的無機化合物，被廣泛應用于生產及生活中的消毒、清潔、漂 白、氧化等環節。目前，H₂O₂的工業合成方法仍然嚴重依賴于昂貴而且高耗能的蒽醌氧化還原反應，開發更加經濟、高效的H₂O₂合成工藝是當今世界科技前沿的熱點、難點之一。作為一門新興技術，利用電還原O₂制備H₂O₂是一種極具應用前景的常溫制備方案，但該技術目前仍大幅受限于電催化劑的弱活性、低選擇性等短板。貴金屬催化劑，如文獻中報道的Au，Pt，Pd-Au，Pt-Hg等，雖然能同時滿足高活性和高選擇性的要求，但大多數都面臨著成本高、稀缺性、甚至毒性大等的問題。

過渡金屬鉬在自然界中資源豐富，價格低廉，導電性良好，具有特殊的價層電子結構4d⁵5s¹，易表現出類Pt行為，形成穩定的金屬鍵，往往具有優異的電催化活性。并且中國是世界上鉬資源最為豐富的國家，占全球儲量的40%，不屬于“卡脖子”材料。但由于單獨的金屬鉬活性位點比較單一，易在表面形成電子聚集的情況，電子結構很難調控，難以實現催化活性的最優化。研究表明，雙金屬材料的引入，使兩金屬之間的電子結構相互修飾，從而形成更多有效地活性位點，促進催化反應的進行。因此，我們引入鉬基雙金屬化合物的概念，在金屬鉬的基礎上引入過渡金屬鐵。

單獨的氮氧摻雜的鐵和氮氧摻雜的鉬都有文獻報道。文獻1（Melissa E. Kreider, Jens K. N?rskov Nitride or Oxynitride Elucidating the Composition-ActivityRelationships in Molybdenum Nitride Electrocatalysts for the Oxygen ReductionReaction[J]. Chem. Mater, 2020, 32, 2946?2960.）報道了單金屬鉬氮氧摻雜材料在電催化氧還原反中的應用，表明在適度氧含量摻雜的氮化鉬有很好的電催化O₂合成H₂O₂性能。

中國專利申請CN114180549A公開了一種含有3d金屬單原子和氮、氧共摻雜的碳材料的制備方法。使用的工作電極材料，將其作為氧還原產過氧化氫的電催化劑，其電催化起始電位相對于可逆氫電極達到0.75V，選擇性超過95％，在氧還原產過氧化氫反應中表現出高活性和高選擇性。但此發明專利中并未在專利中體現出過氧化氫已經成功合成的定量數據。并且現有的設計的氮氧共摻雜金屬材料中，都是基于碳基載體。還未見單獨的氮氧摻雜的金屬材料。

發明內容