一种具有Lewis酸位点的双金属氧化物异质结电催化剂的制备方法

本发明属于催化剂，涉及一种利用氧还原反应2电子过程生成h2o2的具有lewis酸位点的双金属氧化物异质结电催化剂的制备方法。

背景技术：

1、过氧化氢(h2o2)作为一种重要的绿色能源，广泛应用于漂白、纺织厂、化工合成、医疗消毒、废水处理和半导体制造等领域。目前，h2o2的生产主要采用工业蒽醌法和h2-o2直接混合反应。但是，这些方法的人工成本和储存成本高，污染严重，运输风险高。因此，需要以经济、环保、安全的方式合成h2o2。实际上，h2o2可以通过2电子的电催化氧还原反应(orr)合成。orr过程主要分为最终产物为h2o的4电子途径和最终产物为h2o2的2电子途径两种过程。4电子途径和2电子途径主要取决于关键反应中间体*ooh中的键断方式。因此，电催化orr合成h2o2需要一种高效的电催化剂来提高2电子途径的选择性和催化活性。铂基催化剂是目前公认的最常用的orr催化剂。用于2电子路径的贵金属催化剂通常以贵金属合金为主。然而，贵金属材料的稀缺性和高成本使得非贵金属催化剂的开发显得尤为重要。过渡金属催化剂的多样性和可控性有利于其h2o2产率的提高和成本的降低。氧化钴催化剂具有资源丰富，成本低廉，环境友好的优点，被认为有希望成为贵金属催化剂的替代品。但是在氧化钴催化剂进行氧还原反应中，其电催化活性和选择性难以调控。在以常规方法合成的电催化剂中，氧化钴催化剂具有高配位结构，同时在氧还原过程中其有利于*ooh中o-o键的断裂，倾向于4电子orr过程。影响电催化剂进行氧还原反应电子路径的主要因素有催化剂的几何结构和电子结构。路易斯酸理论证明路易斯酸al的引入可以调节电催化剂的电子结构，促进反应中间体*ooh的o-o键的保留，有利于氧还原过程2电子路径的进行。同在氧化钴上掺杂lewis酸位点al是调整含氧基团活性位点的电子再分配，改善电子结构和电导率，进一步优化关键反应中间体*ooh的吸附和解吸的可行策略。具有lewis酸位点的双金属异质结结构的形成可以提高催化剂的选择性和h2o2的产率。

技术实现思路

1、本发明旨在公开一种利用氧还原反应2电子过程生成过h2o2的双金属氧化物异质结电催化剂的制备方法。该催化剂表现出高2电子氧还原反应过程选择性和高h2o2产率。同时该催化剂具有较优异的稳定性。

2、一种利用氧还原反应2电子过程生成过氧化氢的双金属氧化物异质结电催化剂的制备方法，包括如下步骤：

3、(1)按一定比例称取al金属盐，非al金属盐和有机碱，溶解于水中，室温下搅拌40～60min；

4、(2)将步骤(1)所得溶液转移到衬有聚四氟乙烯的钢制高压釜中，并置于烘箱中加热反应，待反应完全冷却后，通过离心收集沉淀物，并分别用去离子水和乙醇洗涤数次，然后离心并在恒温60～90℃真空烘箱中干燥；

5、(3)将步骤(2)中的样品，研磨后转移到坩埚中，再将坩埚置于管式炉中，密封后通入惰性气体，程序升温至700～900℃退火1～3h，自然冷却至室温后，将煅烧后的样品从石英管中取出，即可得到具有lewis酸位点的双金属氧化物异质结电催化剂。

6、步骤(1)中，所用非al金属盐为fe、co、ni、cu、zn、mo、w、mg的任意一种金属盐。

7、步骤(1)中，所用有机碱为尿素、间苯二胺、六亚甲基四胺、三乙烯二胺或三苯胺的任意一种。

8、步骤(1)中，金属盐混合物和有机碱的物质的量比为6.0～8.0：2.5～4.0。

9、步骤(2)中，加热反应的温度为120～180℃，反应时间为18～30h。

10、步骤(3)中，所述的惰性气体为氩气或者氮气。

11、将本发明制备的具有lewis酸位点的双金属氧化物异质结电催化剂用于氧化还原反应制备过氧化氢的用途。

12、上述合成方案中制备得到的双金属氧化物异质结电催化剂主要通过电化学工作站进行评估其应用于电催化氧还原反应的性能。氧还原性能的评价标准为计算得到的过氧化氢产率和转移电子数，以及稳定性。综合考虑这三个因素来评价其电催化氧还原性能的优劣。

13、本发明的有益效果:

14、(1)本发明制备的一种具有高氧还原反应2电子过程选择性的双金属氧化物异质结催化剂，可以代替高风险和高成本的蒽醌合成方法合成过氧化氢。

15、(2)本发明所使用的原材料来源丰富，且简单易得，主要有金属盐和有机碱，合成过程无污染且低成本，达到了降低研究成本的目的，同时保证不对环境造成影响。

16、(3)本发明仅涉及搅拌、真空干燥和煅烧等易于操作的常规合成方法，不仅降低了成本，而且便于规模生产，为将来的应用提供了方便。

17、(4)本发明所制备的材料具有优异的催化性能。

技术特征：

1.一种具有lewis酸位点的双金属氧化物异质结电催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所用非al金属盐为fe、co、ni、cu、zn、mo、w、mg的任意一种金属盐。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所用有机碱为尿素、间苯二胺、六亚甲基四胺、三乙烯二胺或三苯胺的任意一种。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，金属盐混合物和有机碱的物质的量比为6.0～8.0：2.5～4.0。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，室温下搅拌时间为40～60min。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，加热反应的温度为120～180℃，反应时间为18～30h；干燥温度为60～90℃。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述的惰性气体为氩气或者氮气。

8.将权利要求1～7任一项所述制备方法制得的具有lewis酸位点的双金属氧化物异质结电催化剂用于氧还原反应制备h2o2的用途。

技术总结
本发明属于催化剂技术领域，公开了一种具有Lewis酸位点的双金属氧化物异质结的制备方法，并用于电催化氧还原反应制备H<subgt;2</subgt;O<subgt;2</subgt;。制备步骤为：将一种Al金属盐，一种非Al金属盐和有机碱混合，在水热环境下生成层状双金属氢氧化物，再通过程序煅烧得到双金属氧化物异质结电催化剂。在碱性电解液中，0.2～0.6V vs.RHE的电压范围内，所合成的双金属氧化物异质结电催化剂的过氧化氢产率较高，转移电子数接近于2，具有理想的氧还原反应2电子过程选择性，同时双金属氧化物异质结电催化剂具有优异的循环稳定性。

技术研发人员：徐丽,王欢,吴苏琴,李赫楠
受保护的技术使用者：江苏大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12