[发明专利]一种碳壳锚定高分散金属钌材料的制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种碳壳锚定高分散金属钌材料的制备方法及应用，该方法以硅源、醇类、水和氨水为前驱体，按一定的比例混合；以酚类和醛类为前驱体，按特定的比例混合；将两者混合搅拌、离心，之后高温煅烧、氢氧化钠搅拌以及和钌前驱体进行混合研磨、高温煅烧后即可得到所述的碳壳锚定高分散金属钌材料。本发明制备的碳壳锚定高分散金属钌材料中金属钌以高分散形式存在，载体碳壳层能够为金属钌提供更多的支撑点，同时改变金属钌的电子结构，协调促进电催化产双氧水。并且经过旋转环盘电极（RRDE）测试电催化产双氧水性能，得到较为可观的选择性，利于进一步原位产双氧水的应用。

技术领域

本发明属于材料制备与应用技术领域，具体涉及一种碳壳锚定高分散金属钌材料的制备方法及应用。

背景技术

双氧水(过氧化氢，H₂O₂)作为一种绿色无污染的无机化合物，在漂白、纺织、废水处理、消毒、半导体制备等领域有着广泛的应用。双氧水是一种无色透明液体，熔点为-0.41℃，沸点为150.2℃，相对密度为1.4067(25℃)，溶于水、醇、乙醚，不溶于石油醚。而且双氧水因其氧化产物为水和氧气，被称为最环保的氧化剂。纯过氧化氢是一种淡蓝色的粘稠液体，可与水无限互溶，水溶液有强氧化性，俗称双氧水，呈无色透明状。

双氧水的制备方式主要有蒽醌法和直接合成法。工业上一般采用有机法制备双氧水，即蒽醌法，即2-乙基蒽醌(EAQ)催化加氢、氧化、萃取、稀释成所需产品浓度即可。具体为：EAQ在有机溶剂(高沸点芳烃、高级脂肪醇、酯类等)中由钯或镍等催化剂催化下与H₂加氢后，转入氧化塔被O₂氧化后恢复2-乙基蒽醌并产出过氧化氢粗产品，需要在萃取塔中用纯水萃取后形成需要的过氧化氢水溶液，通常生产的双氧水浓度在27.5％左右，更高浓度的过氧化氢水溶液可以通过进一步的蒸馏取得；另一种曾被推广应用的是直接合成法，该方法是由H₂和O₂进行的直接合成。虽然该种方案在一定程度上解决了双氧水分散生产的难题，但该种生产方式中副反应影响较大，主反应选择性和产率都比较低，且目前被应用于的催化剂主要是贵金属(Au、Pt、Pd等)，成本高，相对不太理想。此外，H₂和O₂混合本身存在着一定的安全隐患，使得这种方案难以突破使用。因此寻找一种绿色高效的方法生产双氧水迫在眉睫。

近年来科研工作者发现可以使用电催化选择性氧还原反应(2e-ORR)产双氧水。对此方法进行了深入的研究，发现该种方案可以有效地解决蒽醌法和直接合成法中存在的问题(成本，安全，环保等)。在电催化氧还原反应中，主要有两个反应，分别为4e-ORR产水反应和2e-ORR产双氧水反应。这样的话就涉及到竞争关系，在此ORR中催化剂就成了决定反应途径的关键因素之一。因此，如何选用同时具有高效选择性和活性的催化剂成为促进2e-ORR产双氧水的关键所在。目前研究的2e-ORR产双氧水催化剂基本上为贵金属及其合金、单原子催化剂、碳基材料和过渡金属等，但它们价格昂贵或者制备条件苛刻，无法满足高效选择性和活性的要求。其中碳基材料由于结构可调而且储量丰富被广泛研究，但是存在的缺点是无法精准调控表面官能团等。而单原子催化剂因其难以工业化生产使其难以被广泛应用。因此亟需探索一种能够满足工业条件制备能够精准调控催化剂结构的制备方法，结合碳基材料和单原子催化剂的优势，满足2e-ORR产双氧水分散式生产的要求。

发明内容

针对现有技术存在的上述技术问题，本发明设计的目的在于提供一种碳壳锚定高分散金属钌材料的制备方法及应用。

本发明的一个目的在于提供一种碳壳锚定高分散金属钌材料的制备方法，该方法以硅源、醇类、水和氨水为前驱体，按一定的比例混合；以酚类和醛类为前驱体，按特定的比例混合；将两者混合搅拌、离心，之后高温煅烧、氢氧化钠搅拌以及和钌前驱体进行混合研磨、高温煅烧后即可得到所述的碳壳锚定高分散金属钌材料，具体的制备步骤为：

1)以硅源、醇类、水和氨水为前驱体，按特定的比例混合，记为溶液A；