[发明专利]一种用于电催化糠醛氧化生产糠酸的催化剂及其制备方法和使用方法

说明书

本发明属于生物质转化技术领域，公开一种用于电催化糠醛氧化生产糠酸的催化剂及其制备方法和使用方法。该催化剂以碳布为基底，基底上原位生长有铼掺杂氢氧化钴纳米片。制备步骤如下：商业碳布裁剪后酸洗烘干备用；将高铼酸盐、钴盐、酸溶液、尿素和醇溶液一起搅拌均匀，将混合后的溶液转移至水热釜中，将混合后的溶液转移至水热釜中；将碳布放于水热釜中，旋紧釜盖，将水热釜在80‑260°C下反应400‑1200min，冷却至室温，取出碳布，烘干，即得催化剂。采用H型电解池，将催化剂、氯化银和碳棒分别作为工作电极、参比电极和对电极，设置电压范围为0.6‑1.0V，时间为30‑240min。本发明所制备的催化剂表现出优异的电催化糠醛氧化活性。

技术领域

本发明属于生物质转化技术领域，具体涉及一种用于电催化糠醛氧化生产糠酸的催化剂及其制备方法和使用方法。

背景技术

化石燃料的快速消耗迫使人类不断探寻获取清洁和可再生能源的新途径。生物质转化成为解决能源危机的一种有效途径，这对于人类发展有着重大意义。生物质来源丰富、取材方便、成本低廉、可再生，比如从废弃农作物（玉米芯、燕麦和麦麸等）即可提取。糠醛的生产是一个持续的工业过程，探索以糠醛为平台替代化石资源的副产物具有很大的实际价值。而糠醛作为生物质的一种，本身含有氧气，对于生产含氧化合物是最可行的。但是糠醛氧化生成糠酸通常涉及到高温和高压以及有机溶剂等，这使得氧化过程复杂以及更易产生污染。

因此，有效进行糠醛氧化过程离不开一种高效催化剂。目前应用于糠醛氧化反应的多是包含贵金属（例如Pt、Pd、Au和Ru或其合金等）的催化剂，不但增加了生成成本，而且实际应用大打折扣。而作为非贵金属基（例如二氧化硅、氧化铝负载型MnO₂或Mn₂O₃，Sn(VO₃)₄，Ni(OH)₂和V₂O₅等）的催化剂，存在着糠醛转化率低和产物选择性低、稳定性差等缺点，而且催化氧化成本高昂，过程复杂，实际应用被严重限制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于电催化糠醛氧化生产糠酸的催化剂及其制备方法和使用方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种用于电催化糠醛氧化生产糠酸的催化剂，该催化剂以碳布为基底，基底上原位生长有铼掺杂氢氧化钴纳米片。

催化剂的制备方法，制备步骤如下：

（1）、商业碳布裁剪后酸洗烘干备用；

（2）、将高铼酸盐、钴盐、酸溶液、尿素和醇溶液一起搅拌均匀，将混合后的溶液转移至水热釜中；

（3）、将步骤（1）所得碳布放于水热釜中，旋紧釜盖，将水热釜在80-260°C下反应400-1200min，冷却至室温，取出碳布，烘干，即得催化剂；

其中，钴盐以其提供的钴元素计、高铼酸盐以其提供的铼元素计，原料的用量配比为钴盐∶酸溶液∶尿素∶醇溶液=（0.5-5）mmol∶（1-5）mL∶（1.0-10）g∶（15-40）mL，钴盐和高铼酸盐的摩尔比为3∶（0.1-1）；每0.5-5mmol钴盐，步骤（3）中碳布的面积为1-10cm²。

较好地，钴盐为硝酸钴、氯化钴或乙酸钴。

较好地，高铼酸盐为高铼酸铵、高铼酸钾或高铼酸钠。

较好地，酸溶液的浓度为0.5-2mol/L，所述酸溶液为硫酸、硝酸或盐酸。

较好地，醇溶液的浓度为0.5-5mol/L，所述醇溶液为乙醇水溶液、甲醇水溶液或异丙醇水溶液。