CN108911048B - 一种多尺度凸点电极的制备方法 - Google Patents
一种多尺度凸点电极的制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于新型功能材料制备及应用技术领域，涉及一种多尺度凸点电极的制备方法。该电极材料在具有微观和宏观高活性凸起位点，因此具有良好的但催化性能。其制备过程主要是通过微观调控合成具有高活性位点的密集凸点纳米材料，辅助先进的3D打印技术控制宏观电极结构，再将微观密集凸点纳米材料用于修饰宏观电极表面，得到具有高催化活性的复合电极材料，能够在低电压下催化电极表面氧化产生高浓度的活性物质。本发明制备复合电极材料不仅具有良好的可控性，利于形貌控制和扩大生产，而且具有卓越的催化活性可以有效地促进活性成分的而产生，净化水质，节约能源，有利于实际应用。
Description
技术领域
本发明属于新型功能材料制备及应用技术领域，涉及一种多尺度凸点电极的制备方法。
背景技术
随着人口的急剧增长和工业的迅猛发展，大量的有毒有害废物被排放到水体中，不仅造成了严重的环境污染，破坏了生态系统，还会随着地表径流扩大污染面，破坏饮用水水质，威胁到人类饮水安全和生命健康。传统的污水处理技术(如物理化学法和生物法)具有一定的浓度和条件限制，无法发挥其最大的处理效果。特别是对高盐度的有机无机混合污水，处理效果有限，因此发展高效的处理方法已是迫在眉睫。高级氧化技术可以通过产生中间活性物质来氧化有机污染物，具有氧化能力强、氧化速度快和处理效率高等优点，因此成为了近年来国内外研究的热点。而电催化氧化技术作为高级氧化技术的一种，因为其产物单一可控，能耗小，无污染等优点被认为是水处理中极具发展前景的催化氧化技术之一，而高效的电催化电极氧化电极材料的制备是该技术的关键所在，直接制约着其处理效果和处理成本。
近年来，为了提高电催化电极材料的效率，越来越多的优异电极材料被合成，主要可以分为三大类：金属电极、金属氧化物复合电极和非金属电极。其中复合电极材料因其可以同时具有几种基础材料的优点，规避缺点而被广泛的研究。CN107904614A公开了一种Ni3S2@Ni-Fe LDH析氧电催化电极制备方法，该制备方法通过预处理镍基体，以阳极氧化在镍基体上原位生长镍基阳极氧化膜层，以镍基阳极氧化膜层为前驱体，经硫化水热获得纳米棒状结构的Ni3S2膜层，对硫化处理后的膜层进行掺铁水热，得到Ni3S2@Ni-Fe LDH析氧电催化电极产品。CN106474923A提供了一种电催化电极及其制备方法及用途，应用金属Ti基底，化学氧化在基底表面的生长活性物质层，应用SnO2纳米颗粒的材质为掺杂材料,同时引入F和Sb元素掺杂，得到电催化活性电极，其电极成分层致密无龟裂，由纳米颗粒堆砌而成，增大了其与待消除污染物的接触面积，具有良好的活性。
此外，随着对电催化机理研究的深入，科学家发现多数的电催化反应为结构控制的，电极材料的表面结构直接制约着其催化速率。因此，越来越多的注意力被吸引到电极表面形貌的调控上。CN107188273A公开了一种三维碳基金属氧化物电催化电极的制备方法，通过选取三维碳材料作为基体材料，将其置于金属氧化物电镀液中，在一定温度和电流密度下，将三维碳材料作为阳极进行电沉积，或将清洗后的三维碳材料置于金属氧化物浸渍液中进行浸渍-焙烧过程从而制备出所需的三维碳基金属氧化物电催化电极。CN106328957A公开了一种铁基纳米阵列电催化电极制备方法，该铁基纳米阵列电催化电极包括铁基底和铁基底表面的纳米阵列结构，且纳米阵列结构的成分为氧化铁和四氧化三铁的复合物，主要通过阳极氧化、超声辅助阳极氧化和退火处理得到。与传统电极相比稳定性和催化活性都得到了提升。但多数电极制备方法为化学法合成，具有一定的结构不可控性和随机性。
因此，针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高催化活性凸点电极的制备方法。通过微观调控合成具有高活性位点的密集凸点纳米材料，辅助先进的3D打印技术控制宏观电极结构，再将微观密集凸点纳米材料用于修饰宏观电极表面，得到具有高催化活性的复合电极材料，通过此方法制备的电极材料在催化过程中，首先可以通过宏观突起降低局部氧化电压增加电流效率，其次可以利用微观突起作为催化活性位点直接氧化降解有机物或形成高氧化性中间体用于间接降解有机物，大幅度提高电极的催化活性，增加其应用性，也可以强化各种离子的电极吸附过程。
发明内容
本发明的目的是针对现有电极制备技术的不足和可控性的问题，提出一种多尺度凸点电极的制备方法，应用3D打印技术和传统化学合成相结合，在微观和宏观层面调控电极形貌，制备具有多尺度凸点的电极材料，大幅度提高催化活性，同时增加电极成型可控性，提高其应用性。
本发明的技术方案：
一种多尺度凸点电极的制备方法，首先以廉价金属铁盐为原料，以碳量子点(CQDs)为结构调控剂，通过原位自组装合成具有微观纳米凸起的羟基纳米材料，其次，通过3D打印技术控制溶胶凝胶反应，打印出具有宏观凸起阵列的电极材料，最后合成能的羟基纳米材料用于阵列电极表面修饰，得到具有多维度凸起的复合电极材料，用于调控活性氯的产生，快速高效的降解有机物污染物；具体步骤如下：
1)将CQDs加入到去离子水中，制备得到浓度为1-10g/L碳量子点溶液；
2)将金属盐粉末溶解到步骤1)中得到的碳量子点溶液中，得到CQDs/金属盐复合溶液，其中，金属盐粉末的质量浓度为0.1-2.0mol/L；
3)将步骤2)得到的CQDs/金属盐复合溶液加热到30-100℃，并保持在50-3000转/min的速率下搅拌1-24h，得到悬浊液；
4)将步骤3)得到的悬浊液过滤，得到滤饼，用去离子水冲洗至滤液的pH＝7以去除未反应的铁离子和硫酸根离子，取下滤饼，置于30-120℃下干燥5-24h，研磨得到具有微观纳米凸起的纳米羟基铁材料A；
5)将多糖粉末溶解到去离子水中，多糖粉末的浓度为0.05-2mol/L，搅拌均匀得到透明胶体；
6)将钙盐溶解于去离子水中，搅拌均匀得到钙盐溶液，钙盐溶液的浓度为0.05-2mol/L；
7)将步骤5)得到的透明胶体置于3D打印机的进样管1中，将步骤6)制备得到的钙盐溶液置于3D打印机的进样管2中，通过控制3D打印机工作模式，打印得到具有宏观凸起的电极基底材料；
8)将步骤4)制备得到的纳米羟基铁材料A均匀的分散在乙醇中，得到均匀的悬浮液，纳米羟基铁材料A的浓度为0.5-5g/L；
9)将步骤7)制备得到的电极基底材料作为阴极，在10-30V生物电压下将纳米羟基铁材料A负载到凸起的电极基底材料上，得到具有多尺度活性凸起的复合电极材料。
本发明所述的步骤2)至步骤4)关于基础材料合成方法和步骤，根据材料性质和用途调整，为催化剂、吸附剂中的一种或两种及以上混合。
本发明所述的CQDs为应用CN105694879A方法合成的碳量子点粉末。
所述的金属盐粉末为铁盐、锰盐或锂盐，所述的铁盐为硝酸铁、硫酸铁、氯化铁、硝酸亚铁、硫酸亚铁和氯化亚铁中的一种或两种以上混合的铁盐，所述的锰盐为氯化锰、硫酸锰和硝酸锰中的一种或两种以上混合的锰盐所述的锂盐为氢氧化锂、氯化锂、硫酸锂和硝酸锂中的一种或两种及以上混合的锂盐。
所述的多糖粉末为海藻酸钠、海藻酸钾、淀粉、甲壳素中的一种或两种以上混合。
所述的钙盐为氯化钙、硫酸钙和硝酸钙中的一种或两种及以上混合。
本发明的有益效果：(1)本发明合成电极的原料为铁盐等廉价金属，具有低廉的成本。(2)本发明合成多尺度凸点电极，具有更高的催化活性。(3)本发明通过3D打印技术成型电极材料具有良好的稳定性和可操作性，有利于其工业生产应用。
附图说明
图1是本发明制备的微观凸点铁基材料的透射电镜照片。
图2(a)是本发明应用的微观凸点铁基材料的原子力显微镜照片
图2(b)是本发明应用的微观凸点铁基材料的3D分布图。
图3是本发明制备的复合电极材料在铁氰化钾体系的循环伏安图。
具体实施方式
以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。
实施例1
1)称取质量为1g的CQDs，均匀的分散在1L去离子水中，得到浓度为1g/L碳量子点溶液。
2)称取质量为50g的硫酸铁粉末，溶解到步骤1)中得到的碳量子点溶液中，得到CQDs/铁盐复合溶液。
3)将步骤3)得到的CQDs/铁盐复合溶液加热到90℃，并保持在2000转/min的速率下搅拌12h，得到悬浊液。
4)将步骤3)得到悬浊液过滤，得到滤饼用去离子水冲洗至滤液的pH＝7，取下滤饼，置于100℃下干燥6h，研磨得到具有微观纳米凸起的纳米羟基铁材料A。
5)称取20g的海藻酸钠固体，溶解到100mL去离子水中，搅拌均匀得到透明胶体。
6)称取20g的氯化钙溶液，溶解到100mL去离子水中，搅拌均匀得到钙盐溶液。
7)将步骤5)得到的透明胶体置于3D打印机的进样管1中，将步骤6)制备得到的氯化钙溶液置于3D打印机的进样管2中，通过控制3D打印机工作模式，打印得到具有宏观凸起的电极基底材料。
8)称取20g步骤4)制备得到的纳米羟基铁材料A，将其均匀的分散在100mL的乙醇中，得到均匀的悬浮液。
9)将步骤7)制备得到的电极基底材料作为阴极，在30V生物电压下将纳米羟基铁材料A负载到凸起的电极基底材料上，得到具有多尺度活性凸起的复合电极材料，表征结果见图1-3。
图1是铁基纳米材料的透射电镜照片，从照片可以看出制备的铁基纳米材料微3D团簇状，具有丰富的突起尖端位点。
图2(a)和图2(b)分别是铁基材料的原子力(AFM)显微镜照片和3D分布图，通过AFM照片可以看出铁基纳米材料具有丰富的活性位点和不均匀的粗糙度，与TEM数据一致，具有丰富的突起尖端。
图3是制备的复合电极材料在铁氰化钾体系的循环伏安图，通过CV图可以看出制备的电极材料具有良好的稳定性，其电催化过程具有较大的电流密度，说明其具有良好的催化活性。
实施例2
1)称取质量为1g的CQDs，均匀的分散在1L去离子水中，得到浓度为1g/L碳量子点溶液。
2)称取5.3g的MnCl2·4H2O粉末，加入到200mL步骤4)中配置的CQDs溶液中，搅拌至固体彻底溶解，得到均匀的溶液A。
3)称取6.2g的LiOH·H2O粉末溶于400mL步骤1)中得到的碳量子点溶液中，搅拌至粉末全部溶解得到均匀的溶液B。
4)在剧烈搅拌下将步骤3)中得到溶液B缓慢的滴加到步骤2)得到均匀的溶液A中，快速搅拌30min得到褐色悬浮液。
5)在快速搅拌下将10mL的30％的H2O2滴加到步骤4)得到的褐色悬浮液，滴完后继续搅拌2h，得到棕黑色悬浮液。
6)将步骤5)得到的棕黑色悬浮液抽滤得到黑色滤饼。
7)将步骤6)得到黑色滤饼用去离子水洗2-3次，在烘箱中90℃烘干得到具有离子记忆效应的吸附剂材料B。
8)称取20g的海藻酸钠固体，溶解到100mL去离子水中，搅拌均匀得到透明胶体。
9)称取20g的氯化钙溶液，溶解到100mL去离子水中，搅拌均匀得到氯化钙溶液。
10)将步骤8)得到的透明胶体置于3D打印机的进样管1中，将步骤9)制备得到的钙盐溶液置于3D打印机的进样管2中，通过控制3D打印机工作模式，打印得到具有宏观凸起的电极基底材料。
11)称取20g步骤7)制备得到的吸附剂材料B，将其均匀的分散在100mL的乙醇中，得到均匀的悬浮液。
12)将步骤10)制备得到的电极基底材料作为阴极，在30V电压下将离子记忆效应的吸附剂材料B负载到凸起的电极基底材料上，得到具有多尺度活性凸起的复合电极材料。
Claims (3)
1.一种多尺度凸点电极的制备方法，其特征在于，步骤如下：
1)将CQDs加入到去离子水中，制备得到浓度为1-10g/L碳量子点溶液；
2)将硫酸铁粉末溶解到步骤1)中得到的碳量子点溶液中，得到CQDs/铁盐复合溶液，其中，铁盐粉末的质量浓度为0.1-2.0mol/L；
3)将步骤2)得到的CQDs/铁盐复合溶液加热到30-100℃，并保持在50-3000转/min的速率下搅拌1-24h，得到悬浊液；
4)将步骤3)得到的悬浊液过滤，得到滤饼，用去离子水冲洗至滤液的pH＝7以去除未反应的铁离子和硫酸根离子，取下滤饼，置于30-120℃下干燥5-24h，研磨得到具有微观纳米凸起的纳米羟基铁材料A；
5)将多糖粉末溶解到去离子水中，多糖粉末的浓度为0.05-2mol/L，搅拌均匀得到透明胶体；
6)将钙盐溶解于去离子水中，搅拌均匀得到钙盐溶液，钙盐溶液的浓度为0.05-2mol/L；
7)将步骤5)得到的透明胶体置于3D打印机的进样管1中，将步骤6)制备得到的钙盐溶液置于3D打印机的进样管2中，通过控制3D打印机工作模式，打印得到具有宏观凸起的电极基底材料；
8)将步骤4)制备得到的纳米羟基铁材料A均匀的分散在乙醇中，得到均匀的悬浮液，纳米羟基铁材料A的浓度为0.5-5g/L；
9)将步骤7)制备得到的电极基底材料作为阴极，在10-30V生物电压下将纳米羟基铁材料A负载到凸起的电极基底材料上，得到具有多尺度活性凸起的复合电极材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的多糖粉末为海藻酸钠、海藻酸钾、淀粉、甲壳素中的一种或两种以上混合。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述的钙盐为氯化钙、硫酸钙、硝酸钙中的一种或两种以上混合。
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|---|---|---|---|---|
| CN112897650B (zh) * | 2021-04-25 | 2022-09-06 | 清华大学 | 一种废水处理装置、其制备方法及处理废水的方法 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105694879A (zh) * | 2016-03-11 | 2016-06-22 | 大连理工大学 | 一种有机废水制备碳量子点及其混凝回收方法 |
| CN105734604A (zh) * | 2016-03-03 | 2016-07-06 | 武汉大学 | 一种立体复合多糖凝胶及其电化学3d打印制备方法和应用 |
| CN107139447A (zh) * | 2017-05-12 | 2017-09-08 | 安徽大学 | 一种3d打印机以及3d打印海藻酸钠水凝胶的方法 |
| CN107176620A (zh) * | 2017-04-05 | 2017-09-19 | 郑州轻工业学院 | 一种制备多种形貌过渡金属氧化物电极材料的方法 |
| CN107674462A (zh) * | 2017-10-11 | 2018-02-09 | 大连理工大学 | 一种三维多色CQDs@MeOOH防红外纳米功能材料的制备方法及应用 |
| CN107915216A (zh) * | 2017-11-27 | 2018-04-17 | 天津大学 | 一种孔结构可控的介孔/大孔碳材料3d打印成型的方法 |
| CN108193220A (zh) * | 2017-12-29 | 2018-06-22 | 吉林大学 | 一种CQDs/GCNNs/Fe2-xTixO3/FTO光阳极的制备方法 |
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|---|---|---|---|---|
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| CN105694879A (zh) * | 2016-03-11 | 2016-06-22 | 大连理工大学 | 一种有机废水制备碳量子点及其混凝回收方法 |
| CN107176620A (zh) * | 2017-04-05 | 2017-09-19 | 郑州轻工业学院 | 一种制备多种形貌过渡金属氧化物电极材料的方法 |
| CN107139447A (zh) * | 2017-05-12 | 2017-09-08 | 安徽大学 | 一种3d打印机以及3d打印海藻酸钠水凝胶的方法 |
| CN107674462A (zh) * | 2017-10-11 | 2018-02-09 | 大连理工大学 | 一种三维多色CQDs@MeOOH防红外纳米功能材料的制备方法及应用 |
| CN107915216A (zh) * | 2017-11-27 | 2018-04-17 | 天津大学 | 一种孔结构可控的介孔/大孔碳材料3d打印成型的方法 |
| CN108193220A (zh) * | 2017-12-29 | 2018-06-22 | 吉林大学 | 一种CQDs/GCNNs/Fe2-xTixO3/FTO光阳极的制备方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Biocompatible FeOOH-Carbon Quantum Dots Nanocomposites for Gaseous;Yu Huang等;《Journal of Hazardous Materials》;20180427;第54-62页 * |
| 羟基铁交联累托石电化学处理苯酚废水;段颖姗等;《武汉工程大学学报》;20120430;第35-38页 * |
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