一种木质素基电催化剂及其制备方法与应用

本发明属于无机纳米材料合成领域，具体涉及一种木质素基电催化剂及其制备方法与应用。

背景技术：

1、双氧水的主要生产途径是传统的蒽醌工艺，其中涉及到蒽醌的连续加氢和氧化，导致该工艺能耗高，浪费大。目前，95％的双氧水是通过蒽醌工艺生产的，该工艺通常会产生大量高浓度的双氧水水溶液，在稳定性、储存和运输方面存在安全风险，并且会产生大量废弃化学品，对于环境也有一定的污染。除了特殊的航空航天工业，很少有行业需要高浓度的双氧水。此外，因为在整个生产过程中会引起一些副反应，蒽醌的再生循环并不能够达到100％。考虑到这些缺点，有必要开发一种节能且资源高效的路线，以适应原位生产较浓度的双氧水。除蒽醌法外，另一种替代方法是由氢气和氧气直接热合成双氧水。在这个过程中，氢气和氧气的气体混合物在低温下通过催化剂(通常是贵金属，如钯和金)催化反应合成双氧水。然而，双氧水的选择性和产率较低，并且氢气与氧气直接混合存在可能爆炸的安全风险，并且直接热合成过程涉及贵金属催化剂、氢交换膜和惰性气体的添加，这导致成本显著增加。因此，迫切需要一种安全、绿色、低成本的现场生产双氧水的方法。

2、木质素是木质纤维素生物质中最丰富的非碳水化合物成分，为植物细胞壁提供强度和疏水性，同时保护多糖免受微生物分解。木质素作为植物界继纤维素之后第二大资源的生物质材料，全球每年产量约5000万吨，其中源自农业残留物的木质素约占10％～20％，源自森林生物质材料的木质素约占20％～30％，来源甚广且产量巨大。因此如何充分利用木质素这一庞大的生物质资源，是目前所需要探索的科学问题。

3、除此之外，当前在电催化氧还原生产双氧水领域一般均采用贵金属作为催化剂，其成本较高。

4、因此，亟需开发一种有效利用木质素作为电催化氧还原生产双氧水的催化剂解决上述问题的方法。

技术实现思路

1、本发明是为了克服现有技术中存在的缺点而提出的，其目的是提供一种木质素基电催化剂及其制备方法与应用。

2、本发明是通过以下技术方案实现的：

3、一种木质素基电催化剂的制备方法，包括以下步骤：

4、(ⅰ)对导电基底进行预处理；

5、(ⅱ)配置电解溶液：

6、将含高氯酸根离子溶液和导电聚合物水溶液混合均匀，再向其中加入木质素混合均匀，得到电解溶液中；

7、(ⅲ)将步骤(ⅰ)预处理后的导电基底浸没在步骤(ⅱ)所配制得电解溶液中，进行电沉积；

8、(ⅳ)沉积过程结束后，将导电基底取下，清洗、干燥，即得到以木质素电催化剂。

9、在上述技术方案中，所述导电基底为碳纤维布、碳纤维纸、fto导电玻璃、ito导电玻璃或其他导电基底均可。

10、在上述技术方案中，所述含高氯酸根溶液为高氯酸溶液或高氯酸锂溶液。

11、在上述技术方案中，所述含高氯酸根溶液中高氯酸根的浓度为0.05m～0.1m。

12、在上述技术方案中，所述木质素为木质素磺酸盐或牛皮纸木质素。

13、在上述技术方案中，所述导电聚合物为聚吡咯或聚苯胺。

14、在上述技术方案中，所述木质素与导电聚合物的所用质量应相同，使得木质素能够以最大效率与聚吡咯结合。

15、在上述技术方案中，所述电解溶液中木质素的浓度为1g/l～10g/l。

16、在上述技术方案中，所述电沉积的沉积时间为300秒～1200秒；所述电沉积法为恒电流沉积法或恒电位沉积法，所述恒电流沉积法的沉积电流为5ma；所述恒电位沉积法的沉积电位为0.8v。

17、一种木质素基电催化剂，包括导电基底及附着与导电基底上的木质素与导电聚合物，木质素与导电聚合物之间通过静电相互作用结合到一起。

18、一种木质素基电催化剂在电催化氧还原生产双氧水中的应用，所述木质素基电催化剂作为阴极。

19、本发明的有益效果是：

20、本发明提供了一种木质素基电催化剂及其制备方法与应用，利用简便快速的电化学合成方法成功合成出了木质素基电催化剂，该类催化剂选材储存量大，环保绿色，成本较低，并且其在电催化氧还原生产双氧水上具有法拉第效率、选择性以及产率均较高的优异性能表现，在绿色高效低成本电催化氧还原生成双氧水方面有着较强的应用的前景。

技术特征：

1.一种木质素基电催化剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的木质素基电催化剂的制备方法，其特征在于：所述导电基底为碳纤维布、碳纤维纸、fto导电玻璃或ito导电玻璃。

3.根据权利要求1所述的木质素基电催化剂的制备方法，其特征在于：所述含高氯酸根溶液为高氯酸溶液或高氯酸锂溶液。

4.根据权利要求1所述的木质素基电催化剂的制备方法，其特征在于：所述电解溶液中高氯酸根的浓度为0.05m～0.1m。

5.根据权利要求1所述的木质素基电催化剂的制备方法，其特征在于：所述木质素为木质素磺酸盐或牛皮纸木质素或其他木质素材料；所述导电聚合物为聚吡咯或聚苯胺。

6.根据权利要求1所述的木质素基电催化剂的制备方法，其特征在于：所述木质素与所述导电聚合物的加入质量相同。

7.根据权利要求6所述的木质素基电催化剂的制备方法，其特征在于：所述电解溶液中木质素的浓度为1g/l～10g/l；电解溶液中导电聚合物的浓度为1g/l～10g/l。

8.根据权利要求1所述的木质素基电催化剂的制备方法，其特征在于：所述电沉积的沉积时间为300秒～1200秒；所述电沉积法为恒电流沉积法或恒电位沉积法，所述恒电流沉积法的沉积电流为5ma；所述恒电位沉积法的沉积电位为0.8v。

9.一种木质素基电催化剂，其特征在于：通过权利要求1～8之一所述方法制备；木质素基电催化剂包括导电基底及附着与导电基底上的木质素与导电聚合物，木质素与导电聚合物之间通过静电相互作用结合到一起。

10.一种木质素基电催化剂的应用，其特征在于：用于电催化氧还原生产双氧水，所述木质素基电催化剂作为阴极。

技术总结
本发明公开了一种木质素基电催化剂及其制备方法与应用，木质素基电催化剂是通过氧化聚合方法，利用木质素与导电聚合物之间的静电相互作用，在导电基底上生长形成的一体化电极。本发明利用简便快速的电化学合成方法成功合成出了木质素基电催化剂，该类催化剂选材储存量大，环保绿色，成本较低，并且其在电催化氧还原生产双氧水上有着优异性能表现，在绿色高效低成本电催化氧还原生成双氧水方面有着较强的应用前景。

技术研发人员：周华,罗毅奇,宋英杰,邵明飞,张保国,段雪
受保护的技术使用者：北京化工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/8