[发明专利]一种用于电催化制备过氧化氢的催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开一种用于电催化制备过氧化氢的催化剂，提供了一种新的电催化制备过氧化氢的催化剂，将蒽醌‑2‑羧酸接枝到咔唑上并进行电聚合，制备得到的催化剂稳定性良好，便于储存和运输。本发明的催化剂为聚蒽醌‑2‑甲酰咔唑，制备方法包含以下步骤：在氩气持续通气情况下将蒽醌‑2‑羧酸、氯化亚砜溶于四氢呋喃中，在0℃搅拌24小时得到淡黄色的溶液，之后迅速加入咔唑与三乙醇胺的丙酮溶液，然后持续通气，在‑10^oC持续反应24小时，所得产物经柱层析法分离得到黄色固体，最后将该固体溶于乙腈中，以高氯酸锂作为导电盐进行循环伏安法电聚合，制备出墨绿色固体，即所述催化剂。

技术领域

本发明属于有机非金属材料领域，尤其涉及一种用于电催化制备过氧化氢的催化剂及其制备方法。

背景技术

过氧化氢的工业制备方式为蒽醌法，能源消耗巨大且副产物众多。同时由于过氧化氢高度活泼的化学性质，其储存运输等方面存在极大的挑战。利用电催化氧还原反应的方式制备过氧化氢已经成为目前研究的热点。常见的电催化氧还原反应制备过氧化氢的催化剂包括：金、钯等贵金属及合金、氧化锡等半导体、碳纳米管及氧化石墨烯等碳材料、贵金属单原子催化剂等。然而上述催化剂或价格昂贵或制备工艺繁琐，不利于大规模工业化生产。咔唑的化学性质稳定，其聚合物具有较好的导电性，在能源存储、光电催化领域得到了广泛应用，其氨基为蒽醌-2-羧酸的良好结合位点。蒽醌则是工业制备过氧化氢的常用催化剂。将二者结合所得产物是电催化氧还原制备过氧化氢的理想催化剂，具有广阔的应用前景。

发明内容

本发明提供了一种用于电催化制备过氧化氢的催化剂及其制备方法，提供了一种新的电催化制备过氧化氢的催化剂，将蒽醌-2-羧酸接枝到咔唑上并进行电聚合，制备得到的催化剂稳定性良好，便于储存和运输。

为实现以上目的，本发明采用以下技术方案：

一种用于电催化制备过氧化氢的催化剂，所述催化剂为聚蒽醌-2-甲酰咔唑，结构为：

。

一种用于电催化制备过氧化氢的催化剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）将蒽醌-2-羧酸溶于四氢呋喃中，搅拌形成透明的溶液；然后逐滴加入含有氯化亚砜的四氢呋喃溶液，每1g蒽醌-2-羧酸对应的氯化亚砜的加入量范围为1~1.5ml，反应环境持续通入惰性气体，在0℃下均匀搅拌24小时直至形成淡黄色溶液；

（2）在步骤（1）得到的溶液中迅速加入含有咔唑、三乙醇胺的丙酮溶液，每1g蒽醌-2-羧酸对应的咔唑加入量为0.5-0.6 g，三乙胺为1-1.2 ml，在-10℃下均匀搅拌24小时；

（3）将步骤（2）得到的溶液经过柱层析法提取，旋蒸后得到黄色固体；

（4）将步骤（3）得到的黄色固体溶于乙腈，以高氯酸锂作为导电盐，以三电极体系进行循环伏安聚合，得到墨绿色固体，即所述催化剂。

以上所述步骤中，步骤（1）中每1-1.2 g蒽醌-2-羧酸溶于30ml无水四氢呋喃，每1-1.5 ml氯化亚砜溶于19mL无水四氢呋喃中，所述惰性气体为氩气或氮气；

步骤（2）中每0.5-0.6 g 咔唑溶于20 mL 丙酮中，每1-1.2 mL三乙胺溶于9 mL 丙酮中；

步骤（3）中柱层析法淋洗液为石油醚和丙酮混合液，石油醚和丙酮的体积比为1：5；

步骤（4）中按步骤（3）所得固体110-300mg 溶于30 mL 乙腈中，该固体的摩尔浓度为10 mM，高氯酸锂30-50 mg 溶于30 mL 乙腈中，高氯酸锂的摩尔浓度为10 mM，三电极体系为：工作电极为FTO导电玻璃，对电极为石墨电极，参比电极为饱和甘汞电极，电位区间为0-1.4 V ,扫描速度为50 mV/s, 经过10-50次循环后在工作电极上收集样品。