CN108298501A - 化学氧化水制备氧气的CuO/过硫酸盐氧化剂 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及以微纳结构氧化铜(CuO)为化学催化水氧化催化剂,在溶有氧化剂的碱性溶液中可形成化学氧化水制备氧气的CuO/过硫酸盐氧化剂。其制备方法如下述步骤:以不同铜盐为铜源,通过溶液热沉淀法、微波合成法和高温焙烧法合成微纳结构CuO,在有氧化剂过硫酸盐的碱性溶液中,可以催化氧化水产生氧气。

Description

化学氧化水制备氧气的CuO/过硫酸盐氧化剂
技术领域
本发明用以不同铜盐为铜源,通过溶液热沉淀法、微波合成法和高温焙烧法合成微纳结构的CuO,在溶有氧化剂的碱性溶液中,具有良好的催化性能,可与过硫酸盐一起,形成化学氧化水制备氧气的CuO/过硫酸盐氧化剂。
背景技术
当今世界,能源问题和环境问题备受关注。研发新型可持续无污染能源已迫在眉睫。在这些能源中,氢(H2)燃料引起科研工作者的极大兴趣。水的全分解 (2H2O→2H2+O2)引起了科研工作者的极大兴趣。催化水氧化主要为光催化、电催化和化学催化。而化学催化水氧化反应是三者中最方便易行的方法,仅需要催化剂和电子牺牲氧化剂。早期的化学催化水氧化催化剂主要是铱和钌的氧化物,但其高昂的价格限制了它们的商业应用,故研究者将研究对象转向了含量相对丰富且价格较低的过渡金属。近年来,钴、锰、镍、铁等的化合物被证明可以作为化学催化水氧化的催化剂。本发明以不同铜盐为铜源,通过溶液热沉淀法、微波合成法和高温焙烧法合成微纳结构的CuO,在溶有氧化剂的碱性溶液中,具有良好的催化性能,可与过硫酸盐一起,形成化学氧化水制备氧气的CuO/过硫酸盐氧化剂。
发明内容
本实验提供用不同铜盐为铜源,通过溶液热沉淀法、微波合成法和高温焙烧法合成微纳结构CuO,分散在溶有氧化剂的碱性溶液中,制备氧气。操作步骤如下:
(1)醋酸铜 (Cu(CH3COO)2·H2O)、硫酸铜 (CuSO4·5H2O) 、硝酸铜 (Cu(NO3)2·3H2O)、氯化铜(CuCl2·2H2O)分别与氢氧化钠 (NaOH)、氢氧化钾 (KOH) 和浓氨水反应,在水溶液中生成微纳结构的CuO。(2)醋酸铜 (Cu(CH3COO)2·H2O)、硫酸铜 (CuSO4·5H2O) 、硝酸铜(Cu(NO3)2·3H2O) 、氯化铜(CuCl2·2H2O)分别与氢氧化钠 (NaOH)、氢氧化钾 (KOH) 和浓氨水反应,在微波反应器中生成微纳结构的CuO。(3)醋酸铜 (Cu(CH3COO)2·H2O)、硫酸铜(CuSO4·5H2O) 、硝酸铜 (Cu(NO3)2·3H2O) 、氯化铜(CuCl2·2H2O)在马弗炉中高温焙烧生成微纳结构的CuO。(4)将制备的CuO (1-20mg) 分散在溶有一定量的氧化剂(1-200mg)的碱性溶液(pH值为10-14)中,碱性溶液的体积为10-100 mL。
附图说明
图1为本发明第1实施例制备的CuO的扫描电镜图。
图2为本发明第1实施例制备的CuO 的 X-射线粉末衍射图。
图3为本发明第1实施例制备的以CuO为催化剂,以过硫酸钠为氧化剂的产氧动力学图。
具体实施方式
通过具体的实施例对本发明进行进一步详细描述:
实施例1:CuO的制备: 0.50 g Cu(CH3COO)2·H2O溶解在300 mL 去离子水中,磁力搅拌,待Cu(CH3COO)2·H2O 全部溶解,加1 mL冰乙酸,搅拌至澄清溶液,加入0.8 g NaOH,100oC 回流30min,出现棕黑色沉淀。离心,棕黑色沉淀用去离子水洗3次,60 oC真空干燥12 h。5mg CuO 分散在10 mL pH为 13的NaOH 溶液中,加入10mg Na2S2O8,制备氧气。
实施例2:CuO的制备: 1.20 g CuSO4·5H2O 溶解在300 mL 去离子水中,磁力搅拌,待CuSO4·5H2O全部溶解,加1 mL冰乙酸,搅拌至澄清溶液,加入1.0 g KOH,100 oC 回流1h,出现棕黑色沉淀。离心,棕黑色沉淀用去离子水洗3次,60 oC真空干燥24 h。1mg CuO分散在10 mL pH为 10的氨水溶液中,加入1 mg KHSO5·0.5KHSO4·0.5K2SO4,制备氧气。
实施例3:CuO的制备: 1.20 g Cu(NO3)2·3H2O 溶解在300 mL 去离子水中,磁力搅拌,待Cu(NO3)2·3H2O 全部溶解,加1 mL冰乙酸,搅拌至澄清溶液,加入5 mL浓氨水,100oC 回流30min,出现棕黑色沉淀。离心,棕黑色沉淀用去离子水洗3次,60 oC真空干燥12 h。20 mg CuO 分散在100 mL pH为 14的KOH 溶液中,加入200 mg K2S2O8,制备氧气。
实施例4:CuO的制备: 3.60 g CuCl2·2H2O 溶解在300 mL 去离子水中,磁力搅拌,待CuCl2·2H2O 全部溶解,加1 mL冰乙酸,搅拌至澄清溶液,加入0.8 g NaOH,100 oC 回流60min,蓝色成电变为棕黑色沉淀。离心,去离子水洗3次得棕黑色粉末,80 oC真空干燥12h。5mg CuO 分散在50 mL pH为 11的 NaOH 溶液中,加入80 mg Na2S2O8,制备氧气。
实施例5:CuO的制备: 2.50 g Cu(CH3COO)2·H2O溶于98 mL去离子水中,加入2 ml乙二醇(EG),搅拌30 min后,加入60 ml溶解有10.00 g的NaOH溶液,继续搅拌1 h。上述的蓝色混合物进行微波水热反应,在120 oC下保温15 min,然后由空气压缩机冷却30 min。待冷却至室温后,产物用水和乙醇洗涤,在80℃干燥12 h。5mg CuO 分散在10 mL pH为 13的NaOH 溶液中,加入10mg Na2S2O8,制备氧气。
实施例6:CuO的制备: 1.20 g CuSO4·5H2O溶于98 mL去离子水中,加入2 ml 乙二醇(EG),搅拌30 min后,加入60 ml溶解有5.00 g的KOH溶液,继续搅拌1 h。上述的蓝色混合物进行微波水热反应,在120 oC下保温15 min,然后由空气压缩机冷却30 min。待冷却至室温后,产物用水和乙醇洗涤,在60℃干燥24 h。1mg CuO分散在10 mL pH为 10的氨水溶液中,加入1 mg KHSO5·0.5KHSO4·0.5K2SO4,制备氧气。
实施例7:CuO的制备: 2.50 g Cu(NO3)2·3H2O溶于98 mL去离子水中,加入2 ml乙二醇(EG),搅拌30 min后,加入5 mL浓氨水,继续搅拌1 h。上述的蓝色混合物进行微波水热反应,在140 oC下保温15 min,然后由空气压缩机冷却30 min。待冷却至室温后,产物用水和乙醇洗涤,在80℃干燥12 h。20 mg CuO 分散在100 mL pH为 14的KOH 溶液中,加入200 mg K2S2O8,制备氧气。
实施例8:CuO的制备: 5.00 g CuCl2·2H2O溶于98 mL去离子水中,加入2 ml 乙二醇(EG),搅拌30 min后,加入60 ml溶解有10.00 g的NaOH溶液,继续搅拌1 h。上述的蓝色混合物进行微波水热反应,在120 oC下保温30 min,然后由空气压缩机冷却30 min。待冷却至室温后,产物用水和乙醇洗涤,在80℃干燥12 h。5mg CuO 分散在50 mL pH为 11的NaOH 溶液中,加入80 mg Na2S2O8,制备氧气。
实施例9:CuO的制备: 2.00 g Cu(CH3COO)2·H2O研磨后在马弗炉中程序升温焙烧。先升温至150oC,再此温度下保持2 h后再次升温至400oC,在此温度下保持4 h。5mg CuO分散在10 mL pH为 13的NaOH 溶液中,加入10mg Na2S2O8,制备氧气。
实施例10:CuO的制备: 4.00 g CuSO4·5H2O研磨后在马弗炉中程序升温焙烧。先升温至150oC,再次温度下保持2 h后再次升温至700oC,在此温度下保持4 h。1mg CuO 溶解在50 mL NaOH 溶液中,加入20 mg KHSO5·0.5KHSO4·0.5K2SO4,间隔1 h测氧气浓度。1mgCuO分散在10 mL pH为 10的氨水溶液中,加入1 mg KHSO5·0.5KHSO4·0.5K2SO4,制备氧气。
实施例11:CuO的制备: 2.00 g Cu(NO3)2·3H2O研磨后在马弗炉中程序升温焙烧。先升温至130oC,再此温度下保持2 h后再次升温至450 oC,在此温度下保持4 h。20 mg CuO分散在100 mL pH为 14的KOH 溶液中,加入200 mg K2S2O8,制备氧气。
实施例12:CuO的制备: 2.00 g CuCl2·2H2O研磨后在马弗炉中程序升温焙烧。先升温至150oC,再此温度下保持2 h后再次升温至900 oC,在此温度下保持5 h。5mg CuO 分散在50 mL pH为 11的NaOH 溶液中,加入80 mg Na2S2O8,制备氧气。

Claims (3)

1.以不同铜盐为铜源,不同方法合成的微纳结构氧化铜 (CuO),在溶有氧化剂的碱性溶液中,具有良好的催化性能,可形成化学氧化水制备氧气的CuO/过硫酸盐氧化剂。
2.根据权利要求1 所述,其特征在于:以醋酸铜 (Cu(CH3COO)2·H2O)、硝酸铜 (Cu(NO3)2·3H2O) 、硫酸铜 (CuSO4·5H2O) 、氯化铜(CuCl2·2H2O)为CuII提供体,氢氧化钠(NaOH)、氢氧化钾 (KOH)和浓氨水为碱性溶液的提供试剂,CuO的使用量为1-20mg,碱性溶液的pH值为10-14。
3.根据权利要求1 所述,其特征在于:过一硫酸钾 (KHSO5·0.5KHSO4·0.5K2SO4) 、过硫酸钠 (Na2S2O8)、过硫酸钾 (K2S2O8)为氧化剂,使用量为1-200mg。
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