[发明专利]生物质碳基复合催化剂及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种生物质碳基复合催化剂的制备方法，将天然生物质材料垂直于生长方向切割成，用无水乙醇和去离子水超声洗涤，去除表面的杂质并自然风干，获得生物质材料并预浸渍，将生物质材料于100℃～150℃的条件下二次浸渍在含铁化合物、含锌化合物、有机酸和溶剂形成的混合溶液，生物质材料与混合溶液在90℃～150℃的条件发生水热反应，对生物质材料进行多次清洗后真空干燥，制得生物质基Fe‑MOF‑5材料。将生物质基Fe‑MOF‑5材料在700～1500℃的高温条件下碳化后得到生物质碳基Fe‑MOF‑5复合催化剂。本发明以天然生物质材料作为电化学双电子氧还原反应产生过氧化氢的碳前驱体材料，通过复合Zn‑Fe双金属MOF催化剂和碳化过程制备得到生物质碳基Fe‑MOF‑5复合催化剂，有利于促进过氧化氢的生产。

技术领域

本发明涉及电催化新材料技术领域，具体地说，尤其涉及一种全新的生物质碳基复合催化剂及其制备方法与应用。

背景技术

煤炭、石油、天然气等传统化石能源在我国高速发展的过程中发挥了巨大作用，但是随着它们的大量使用以及过度开采，我国在能源方面存在巨大的隐患，而且人类的生存环境受到了严重的影响。我国于2020年9月提出了“碳达峰”与“碳中和”，倡导绿色环保的低碳生活方式。合理利用现有的能源，将其转化为清洁能源和高价值化学品，解决环境生态问题，开发可再生清洁新能源，是人类未来可持续发展的方向。过氧化氢作为一种环境友好型的强氧化剂，是21世纪最重要的化学品之一，其反应后的产物只有水和氧气，过氧化氢也可以作为石油或氢的理想能源载体，因为它可以用于燃料电池中发电，在化学工业以及能源环境等领域受到广泛应用。

电化学法合成法中的双电子氧还原技术合成过氧化氢是通过电解池和电极的作用，利用吸附在电阴极表面的氧气或溶解氧得到电子发生氧化还原反应原位合成过氧化氢。双电子氧还原法合成过氧化氢在常温常压的环境条件下即可进行反应，而且使用的初始原料只有氧气，其合成过程更加绿色安全。目前双电子氧还原反应合成过氧化氢的电极材料主要包括贵金属以及碳基材料，在发生双电子氧还原过程的同时还会发生4电子氧还原的副反应生成水，从而降低了过氧化氢的产率，而且电极材料成本较高，来源有限，不利于过氧化氢的可持续大规模合成。其中生物质衍生的生物炭(BCs)来源广泛，成本低廉，以废弃的生物质作为碳基材料制备阴极催化剂进行电化学原位合成过氧化氢能够带来良好的经济和环境效益，对于替代上述的不可再生的碳基材料具有巨大的应用潜力。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种生物质碳基复合催化剂的制备方法，制得的生物质碳基复合催化剂催化性能优异，有利于促进过氧化氢的生产。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种生物质碳基复合催化剂的制备方法，包括以下步骤：

S1.预处理天然生物质材料，将预处理后的生物质材料预浸渍；

S2.将生物质材料浸渍于混合溶液，生物质材料和混合溶液发生水热反应，对生物质材料进行清洗，真空干燥，得到生物质基材料；

S3.将生物质基材料进行碳化，得到生物质碳基复合催化剂。

优选地，天然生物质材料为杨木、松木、桐木、杉木、橡木、桦木、桉木、秸秆、竹子、甘蔗渣、芦苇中的至少一种。

优选地，天然生物质材料的预处理方法为：将天然生物质材料垂直于生长方向切割，用无水乙醇和去离子水超声洗涤，去除表面的杂质并自然风干，获得预处理后的生物质材料。

优选地，混合溶液包括含铁化合物、含锌化合物、有机酸和有机溶剂，混合溶液的制备方法为：

将有机酸溶解在有机溶剂中形成第一溶液；

将含铁有机物、含锌有机物溶解在有机溶剂中形成第二溶液；

将第二溶液与第一溶液混合形成混合溶液。