[發明專利]一種單原子限域碳材料復合電極及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202211442043.6
• 申請日: 2022-11-17
• 公開（公告）號: CN116177680A
• 公開（公告）日: 2023-05-30
• 發明（設計）人: 李建廣;馬磊;趙輝;魏曉東
• 申請（專利權）人: 壹碳環投（北京）科技有限公司
• 主分類號: C02F1/461
• 分類號: C02F1/461;C02F103/34
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 尉立

1.一種單原子限域碳材料復合電極，其特征在于，包括：

基底；

功能層，所述功能層分布在所述基底表面；

所述功能層的材質包括以下重量份的各組分：功能材料0.05-1份，粘結劑0.075-0.375份；

所述功能材料為負載有活性組分的單原子限域碳材料復合材料；所述單原子限域碳材料復合材料為單原子過渡金屬、氮和碳的復合材料，所述活性組分為貴金屬元素或/和鈦元素。

2.根據權利要求1所述的單原子限域碳材料復合電極，其特征在于，所述活性組分的負載量為0.5-1wt％；

和/或，當所述活性組分為貴金屬元素和鈦元素時，貴金屬元素和鈦元素的摩爾比為(0.1-10)：(10-0.1)。

3.根據權利要求1所述的單原子限域碳材料復合電極，其特征在于，所述單原子限域碳材料中，所述過渡金屬元素、碳元素和氮元素的摩爾比為1：(16-24)：(32-48)。

4.根據權利要求1所述的單原子限域碳材料復合電極，其特征在于，所述粘結劑為聚四氟乙烯、萘酚、聚吡咯中的一種或兩種以上；

和/或，所述基底為具有若干通孔的金屬板狀結構。

5.一種如權利要求1至4任意一項所述的單原子限域碳材料復合電極的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、將含有碳源、氮源、醇和過渡金屬鹽混合研磨至漿液狀，獲得第一漿液；

S2、將所述第一漿液于惰性氣氛中焙燒，獲得單原子限域碳材料復合材料；

S3、在所述單原子限域碳材料復合材料上負載活性組分，獲得負載有活性組分的單原子限域碳材料復合材料；

S4、將所述負載有活性組分的單原子限域碳材料復合材料研磨至粉末狀，之后與粘結劑和有機溶劑混合，獲得混合溶液；

S5、將所述混合溶液依次攪拌、超聲分散，之后烘干至漿液狀，獲得第二漿液；

S6、將所述第二漿液趁熱與所述基底熱壓，即可得到所述單原子限域碳材料復合電極。

6.根據權利要求5所述的制備方法，其特征在于，步驟S1中，所述碳源和氮源均為雙氰胺、尿素、三聚氰胺中的一種或多種，所述過渡金屬鹽為硫酸鹽、硝酸鹽、氯鹽和有機金屬鹽中的一種或兩種以上。

7.根據權利要求5所述的制備方法，其特征在于，步驟S3中，在所述單原子限域碳材料復合材料上負載活性組分的方法為：將低分子醇和所述活性組分的鹽混合均勻，隨后加入單原子限域碳材料復合材料；

優選的，步驟S3中，在所述單原子限域碳材料復合材料上負載活性組分的方法還包括：將低分子醇、所述活性組分的鹽和所述單原子限域碳材料復合材料的混合溶液烘干。

8.根據權利要求5所述的制備方法，其特征在于，步驟S2中，焙燒溫度為750-850℃；

和/或，步驟S4中，有機溶劑為乙醇、甲醇、N,N-二甲基乙酰胺中的一種或兩種以上；

和/或，步驟S5中，攪拌時間和超聲分散時間均為15-45min，烘干溫度為70-90℃；

和/或，步驟S6中，熱壓的壓力在10-30MPa之間。

9.如權利要求1至4任意一項所述的單原子限域碳材料復合電極或者如權利要求5-8任一項所述的制備方法所制備的單原子限域碳材料復合電極在水處理技術領域的應用。

10.一種生物質氣化洗焦廢水的處理方法，其特征在于，采用電化學氧化法處理所述物質氣化洗焦廢水，所述電化學氧化法處理過程中的陽極采用如權利要求1至4任意一項所述的單原子限域碳材料復合電極或者如權利要求5-8任一項所述的制備方法所制備的單原子限域碳材料復合電極。