[发明专利]电催化氧还原制过氧化氢氮掺杂碳催化剂及其制备方法

说明书

本发明属于能源化工技术领域，具体为一种电催化氧还原制过氧化氢氮掺杂碳催化剂及其制备方法。本发明的催化剂以糖为碳源，以二氰二胺为氮源，通过一步热裂解法制备的氮掺杂碳材料。本发明具有制备方法便捷、原料易得和氮碳含量易于调节等优点。该催化剂用于电化学氧还原制备过氧化氢的反应时，以葡萄糖为碳源的催化剂与以其他糖为碳源的催化剂相比表现出更高的选择性和活性，选择性最高可达90%，实现在常温、常压液相体系中电催化氧还原合成过氧化氢，具有良好的环保意义和工业应用前景。

技术领域

本发明属于化工技术领域，具体涉及一种用于电催化氧还原制过氧化氢的氮掺杂碳催化剂及其制备方法。

背景技术

过氧化氢（H₂O₂）是一种重要的大宗化学品，作为一种绿色清洁的环境友好型氧化剂，广泛应用于医疗杀菌、废水处理、造纸纺织、航天、冶金、电子工业等行业。目前，过氧化氢仍然有许多有益的作用不断被发现：不同于其他的抗感染药物或者杀菌剂，过氧化氢的杀菌作用机制可以显著降低细菌随着时间演变而产生的抗药性风险，这将为过氧化氢作为一种抗菌化学品在全球范围内的广泛应用提供了更多的可能。传统的“蒽醌自氧化法”生产过氧化氢具有能耗高、反应副产物污染环境、生产成本高等缺点。与这种多步骤、高消耗的生产过程相比，采用一步法将氢氧直接合成为H₂O₂具有工艺过程简单、环境友好、原料经济等优点。已有研究表明，钯基催化剂具有很好的氢氧直接合成H₂O₂性能。然而，氢氧直接合成H₂O₂的工艺存在潜在的爆炸风险。因此，开发新型安全、环境友好的H₂O₂合成路线具有重要的实际意义。

电化学法作为一种氧还原合成过氧化氢的方法，具有效率高、操作安全与可实现更高的电流密度等优点，且合成的过氧化氢溶液无杂质、纯度高，所以被认为有良好的发展前景。氧阴极还原法制备过氧化氢的优势主要体现在便捷经济，其产物过氧化氢可直接用于污水处理及其他方面的应用，不需要进行过氧化氢的转移以及运输，大大节约了过氧化氢的使用成本，具有很强的经济适用性。