[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

本申請提出一種單原子限域碳材料復合電極及其制備方法和應用，其中單原子限域碳材料復合電極包括基底和功能層；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。本申請所述單原子限域碳材料復合電極，由于在單原子限域碳材料上負載了活性組分，具有較高的穩定性。

技術領域

本申請涉及材料技術領域，尤其涉及一種單原子限域碳材料復合電極及其制備方法和應用。

背景技術

生物質作為一種可再生能源，被認為是解決當前能源與環境問題最具前景的選擇之一。生物質包括農業廢棄物、作物、藻類等。生物質能被認為是解生物質通過熱解、燃燒與氣化在內的熱化學過程，能將生物質轉化為高品質的可燃氣、生物油等生物能源與生物焦炭。在生物質氣化或熱解過程中，會產生一些有機化合物，冷凝之后形成產物即是焦油。焦油問題限制了生物質氣化與熱解技術的大規模使用。所以焦油的處理一直以來都是重要科學難題。二次脫出方法是目前處理焦油的一個重要技術，通常用于處理合成氣，主要利用噴淋水洗為主的物理凈化方法。但該方法存在一個問題，即產生的洗焦污水造成二次污染。洗焦污水一個重要污染指標即是高色度，而利用電化學氧化法處理洗焦污水，可以使焦油廢水變的澄清，為解決生物質氣化焦油問題提供理論與關鍵技術支撐。電化學氧化法是一種高效高含鹽、高毒性難生物降解有機廢水處理方法，其工作原理分兩類，即直接氧化機理和間接氧化機理。直接氧化機理即有機物在陽極表面被氧化降解，間接氧化是指在氧化的過程中陽極以及填充粒子表面發生氧化反應，生成許多中間產物，如臭氧、[·HO₂]、[O]等,這些中間體對有機物有一定的礦化作用，能夠使難降解的大分子有機物轉化成為小分子有機物。電化學氧化法降解有機物的效率與陽極材料有關，優質的電極材料具有較高電化學活性和有機物降解效率。

單原子的尺寸與納米級的催化劑比較之下，表現出了更高的催化活性。目前，已有學者以單原子限域碳納米管復合電極為陽極、鈦網為陰極，采用電化學氧化法來進行生物質氣化廢水的降解，試圖通過單原子限域來提高電極的催化活性。雖然催化活性有顯著提升，但單原子限域碳納米管復合電極的穩定性能較差，限制了其在水處理領域的應用。

發明內容

有鑒于此，本申請的一個目的在于提供一種單原子限域碳材料復合電極，該電極由于在單原子限域碳材料上負載了活性組分，具有較高的穩定性。

本申請的另一個目的在于提供一種單原子限域碳材料復合電極的制備方法。

本申請的又一個目的在于提供單原子限域碳材料復合電極應用。

本申請的又一個目的在于提供一種生物質氣化洗焦廢水的處理方法。

為達到上述目的，本申請的第一方面實施例提出一種單原子限域碳材料復合電極，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。

在一些實施例中，所述活性組分的負載量為0.5-1wt％。

在一些實施例中，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)。

在一些實施例中，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)。