[发明专利]一种碳纳米管的氧化方法及其应用

说明书

本发明提供一种碳纳米管的氧化方法及其应用，将去离子水、CNTs与Na₂S₂O₈混合，超声分散后，加热搅拌，冷却、离心、洗涤、干燥，得到O‑CNTs催化剂。该制备方法简单、无污染、成本低，制备得到的氧化碳纳米管在电催化还原氧气生产双氧水的过程中具有高选择性、稳定性和产量。

技术领域

本发明涉及碳纳米管的氧化方法及其应用，属于电催化中碳基催化剂技术领域。

背景技术

过氧化氢的氧化副产物只有水，被认为是最绿色的氧化剂之一，在造纸、电子、工业废水处理以及氧化等化工行业发挥重大作用。2015年，全球双氧水 市场需求约为385万吨/年，到2024年，这一数值将达到600万吨/年，市值64亿美元。工业上生产双氧水的主要工艺为蒽醌法，这是一种间接分批法，要求依次氢化、氧化蒽醌分子和从有机溶剂中提取H₂O₂。然而，这种多步骤的方法是能源密集型的，很难在现场生产H₂O₂。人们一直致力开发高效的现场H₂O₂生产方法，这不仅可以大大降低H₂O₂合成、运输、储存和处理成本，而且还可以促进后续的应用进程。

通过2e-途径：O₂+2H⁺+2e-→H₂O₂，使氧气电催化还原，在适当的温度和大气压力条件下原位生产双氧水，是一种小规模产生双氧水的理想途径。这需要一种高活性、低成本的电催化剂，高选择性地将氧气还原为双氧水（2e-途径），避免还原为水：O₂+4H⁺+4e-→2H₂O（4e-途径）。近些年来，人们提出了许多有前途的催化剂， 性能最优异的催化剂为贵金属催化剂，由于价格昂贵，限制了其广泛应用，碳基材料储量丰富、价格低廉，且具有可调控的表面和结构性能，是贵金属催化剂的潜在替代品。

发明内容

针对现有技术中存在的贵金属催化剂价格昂贵、资源有限的问题，本发明的目的在于提供一种碳纳米管的氧化方法及其应用，该制备方法简单、无污染、成本低，制备得到的氧化碳纳米管在电催化还原氧气生产双氧水的过程中具有高选择性、稳定性和产量。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种O-CNTs催化剂的制备方法，将去离子水、CNTs与Na₂S₂O₈混合，超声分散后，加热搅拌，冷却、离心、洗涤、干燥，得到O-CNTs催化剂。

优选地，所述的去离子水、CNTs与Na₂S₂O₈、的加入量比为：500 ml：50mg：1g。

优选地，所述的超声分散的时间为60分钟，加热搅拌的时间为3-9小时，搅拌速度为300r/min。

优选地，所述的干燥温度为60℃。

上述所述的制备方法制备的催化剂O-CNTs-X，X=3、6、9。

本发明还提供了该催化剂在电催化生产双氧水中的应用。

有益效果

本发明公开了一种碳纳米管的制备方法，（1）该方法制备过程简单、无污染、成本低。（2）该方法制备得到的电催化剂具有较大的电流密度、较高的双氧水选择性、稳定性和产量。

附图说明

图1为（A）CNTs TEM图像；（B）O-CNTs-6 TEM图像；

图2为（A）各催化剂的拉曼光谱图像；（B）CNTs和O-CNTs-6的XPS全谱分析；