CN111962099B - 用于电催化生产过氧化氢的电极、其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种用于电催化生产过氧化氢的电极、其制备方法与应用。所述用于电催化生产过氧化氢的电极的制备方法，包括如下步骤：在导电基底上生长过渡金属氢氧化物纳米阵列；(2)将载有过渡金属氢氧化物纳米阵列的导电基底与有机物置入同一反应室内，并在保护气氛中高温煅烧，使所述有机物在过渡金属氢氧化物纳米阵列的催化下发生分解，从而在导电基底上生长包含过渡金属的碳材料，获得自支撑电极。本发明用于电催化生产过氧化氢的电极，比表面积大、催化剂载量高，双氧水选择性高，且电极表面全面覆盖超亲气气膜，能够加速氧气扩散，提高反应电流，并且能够高效抵抗双氧水产物的腐蚀，确保电极长时间、稳定生产双氧水。

Description

用于电催化生产过氧化氢的电极、其制备方法与应用

技术领域

本发明属于电化学技术领域，具体涉及一种用于电催化生产过氧化氢的电极、其制备方法与应用。

背景技术

双氧水(过氧化氢)是一种绿色化工产品，因其具有强氧化性，被广泛应用于化学合成、纸浆和纺织品的漂白，金属矿物处理、污水处理、环保、电子及军工等领域。其中，例如污水处理、纸浆漂白、日常消毒等领域，对于过氧化氢浓度要求并没有很高(1～5％)，完全可以避免采用传统的蒽醌合成法。通过电化学催化的方法将氧气高选择性的还原合成过氧化氢，既能应用在燃料电池体系中，绿色合成过氧化氢，同时也能满足家庭日常消毒使用。

电催化生产过氧化氢需要一种二电子选择性高、活性高、成本低的催化剂，能够将氧气高产量的还原为过氧化氢(二电子途径)。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种用于电催化生产过氧化氢的电极、其制备方法与应用，以克服现有技术中存在的不足。

为实现前述发明目的，本发明实施例采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种用于电催化生产过氧化氢的电极的制备方法，其包括如下步骤：

在导电基底上生长过渡金属氢氧化物纳米阵列；

将载有过渡金属氢氧化物纳米阵列的导电基底与有机物置入同一反应室内，并在保护气氛中高温煅烧，使所述有机物在过渡金属氢氧化物纳米阵列的催化下发生分解，从而在导电基底上生长包含过渡金属的碳材料，获得自支撑电极。

进一步地，所述用于电催化生产过氧化氢的电极的制备方法，还包括：所述自支撑电极以聚四氟乙烯溶液浸泡，之后在空气气氛或保护性气氛中于325-400℃煅烧0.5-3h，从而在自支撑电极上包覆超亲气气膜；优选的，所述聚四氟乙烯溶液的浓度为0.1wt％～10wt％；优选的，所述自支撑电极于聚四氟乙烯溶液中的浸渍时间为30秒～10分钟。

由前述的方法制备的用于电催化生产过氧化氢的电极，该电极结构稳定，导电性高，其比表面积大、催化剂载量高，双氧水选择性高，且电极表面全面覆盖超亲气气膜，能够加速氧气扩散，提高反应电流，并且能够高效抵抗双氧水产物的腐蚀，确保电极长时间、稳定生产双氧水。

本发明实施例还提供了前述的电极于电催化生产过氧化氢中的用途。

相应的，本发明实施例还提供了一种电催化生产过氧化氢的方法，其包括：

采用前述的电极作为工作电极，并与对电极及中性或碱性电解液配合形成电化学反应体系；

将所述工作电极、对电极与直流电源连接，从而催化氧气还原生产双氧水；

优选的，所述电解液中的氧气浓度达到饱和浓度。

相应的，本发明实施例还提供了一种过氧化氢生产装置，其包含前述的电极。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明用于电催化生产过氧化氢的电极，结构稳定，导电性高，其比表面积大、催化剂载量高，双氧水选择性高，且电极表面全面覆盖超亲气气膜，能够加速氧气扩散，提高反应电流，并且能够高效抵抗双氧水产物的腐蚀，确保电极长时间、稳定生产双氧水；因此，本发明用于电催化生产过氧化氢的电极能够高效(电流大于2000安/平方米)、高选择性、高稳定性的催化氧气还原生产双氧水。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施方式中H型测试体系模型的结构示意图。

图2为本申请实施方式中以空气为氧气源进行的双氧水电流密度及稳定性测试模型的结构示意图。

图3为本申请实施方式中不同聚四氟乙烯溶液(PTFE)浓度处理的膜厚度对电极电流密度的影响示意图。

图4为实施例1中在泡沫镍上制备的氢氧化镍的扫描图(标尺尺寸为1微米)。

图5为实施例1中在泡沫镍上制备的氢氧化镍催化生长的多孔碳材料的扫描图(标尺尺寸为2微米)。

图6为实施例1中在泡沫镍上制备的氢氧化镍催化生长的多孔碳材料的XPS图谱。

图7为实施例1中在泡沫镍上制备的氢氧化镍催化生长的多孔碳材料经过超声剥离后，在旋转环盘电极上的测试结果。

图8为实施例1中图7所对应浓度为0.1％PTFE的选择性。

图9为实施例1的电极通过图1的H型测试体系模型电流测试结果。

图10为实施例1的电极通过图1的H型测试体系模型电流测试反应中对应的过氧化氢选择性。

图11为实施例1的电极通过图1的H型测试体系模型电流测试反应中对应的过氧化氢产量。

图12为实施例1的电极在碱性电解液中氧气还原制备过氧化氢的电流密度曲线。

图13为实施例1为图12反应中的过氧化氢选择性和产量。

图14为传统的滴涂电极的扫描图。

图15为不同膜厚度的一体化电极及传统滴涂电极在还原空气制备双氧水测试中的稳定性及选择性。

图16为实施例2中在碳纤维纸上制备的氢氧化铁的扫描图(标尺为500纳米)。

图17为实施例2中在碳纤维纸上生长的铁催化的纳米碳材料的扫描图(标尺为5微米)。

图18为实施例2中在碳纤维纸上生长的铁催化的纳米碳材料在旋转环盘电极上的测试结果。

图19为实施例2中在碳纤维纸上生长的铁催化的纳米碳材料在旋转环盘电极上的双氧水选择性。

图20为实施例2中有机物催化剂通过图1的H型测试体系模型电流测试的电流密度曲线。

图21为实施例2中有机物催化剂通过图1的H型测试体系模型电流测试反应中对应的过氧化氢选择性。

图22为实施例3中在钛片上制备的氢氧化钴的扫描图(标尺为1微米)。

图23为实施例3中在钛片上生长的钴催化的纳米碳管的扫描图(标尺为500纳米)。

图24为实施例3中在钛片上生长的钴催化的纳米碳管在旋转环盘电极上的测试结果。

图25为实施例3中在钛片上生长的钴催化的纳米碳管在旋转环盘电极上的双氧水的选择性。

图26为实施例3中电极通过图1的H型测试体系模型测试的电流密度曲线。

图27为实施例3中电极通过图1的H型测试体系模型测试反应过程中过氧化氢的选择性。

图28为实施例1、2、3所使用的基底的性能测试图。

附图标记说明：1、电化学工作站，2、H-型电解池，21、参比电极，22、工作电极，23、对电极，3、气源装置，4、质子交换膜，5、参比电极夹，6、工作电极夹，7、对电极夹，8、气体进口，9、电解池，91、参比电极，92、工作电极，93、对电极，10、电化学工作站，11、蠕动泵进液装置，12、蠕动泵出液装置，13、参比电极夹，14、工作电极夹，15、对电极夹，16、蠕动泵进液口，17、蠕动泵出液口。

具体实施方式

通过应连同所附图式一起阅读的以下具体实施方式将更完整地理解本发明。本文中揭示本发明的详细实施例；然而，应理解，所揭示的实施例仅具本发明的示范性，本发明可以各种形式来体现。因此，本文中所揭示的特定功能细节不应解释为具有限制性，而是仅解释为权利要求书的基础且解释为用于教示所属领域的技术人员在事实上任何适当详细实施例中以不同方式采用本发明的代表性基础。

鉴于现有技术的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案，其主要是通过将高选择性的催化剂可控的制备成一体化、多孔电极，提高电极的电流密度，使其能够达到在线生产过氧化氢的浓度；并进一步通过表面超亲气调控，增强电极对过氧化氢的腐蚀，从而延长电极的使用寿命。如下将对该技术方案、其实施过程及原理作进一步的解释说明。

本发明实施例的一个方面提供了一种用于电催化生产过氧化氢的电极的制备方法的制备方法，其包括如下步骤：

在导电基底上生长过渡金属氢氧化物纳米阵列；

将载有过渡金属氢氧化物纳米阵列的导电基底与有机物置入同一反应室内，并在保护气氛中高温煅烧，使所述有机物在过渡金属氢氧化物纳米阵列的催化下发生分解，从而在导电基底上生长包含过渡金属的碳材料，获得自支撑电极。

在一些优选实施例中，所述用于电催化生产过氧化氢的电极的制备方法，还包括：所述自支撑电极以聚四氟乙烯溶液浸泡，之后在空气气氛或保护性气氛中于325-400℃煅烧0.5-3h，从而在自支撑电极上包覆超亲气气膜；优选的，所述聚四氟乙烯溶液的浓度为0.1wt％～10wt％；优选的，所述自支撑电极于聚四氟乙烯溶液中的浸渍时间为30秒～10分钟。

实施过程中，不同浓度的聚四氟乙烯溶液处理的膜厚度对电极电流密度也不同，如图3所示，随着聚四氟乙烯溶液浓度升高，电极表面形成的气膜厚度逐渐变厚，气体传输速度会提升，但是电阻会随之增大，因此电极的电流密度会先升高，后降低；不同形貌的电极结构，对聚四氟乙烯的最优浓度是不同的。

在一些优选实施例中，具体包括：将导电基底置于包含金属盐和沉淀剂的混合溶液中，在100-140℃的温度下反应4-24h，从而在导电基底上生长形成过渡金属氢氧化物纳米阵列材料。

在一些更为优选的实施例中，具体包括：将通过超声洗涤、尺寸为1*1cm²～4*4cm²的导电基底置于金属盐和沉淀剂的混合溶液中，在100-140℃的温度下，反应4-24h后取出洗涤干燥得到过渡金属氢氧化物纳米阵列材料；其中，金属盐与沉淀剂的摩尔比为1∶1～1∶10。

在一些优选实施例中，所述金属盐可以包括硝酸镍、氯化镍、硝酸钴、氯化钴、硝酸铁、氯化铁等中的任意一种或两种以上的组合，但不局限于此；所述沉淀剂可以包括尿素、六亚甲基四铵等中的一种或两种，但不局限于此；所述金属盐和沉淀剂的混合溶液的溶剂可以包括去离子水、甲醇、乙醇等中的任意一种或两种以上的组合，且不局限于此。

在一些优选实施例中，所述导电基底可以包括碳纤维纸、泡沫镍、钛片等中的任意一种，但不局限于此；所述过渡金属氢氧化物可以包括氢氧化镍、氢氧化铁、氢氧化钴及其双金属或三金属氢氧化物等中的任意一种或两种以上的组合，但不局限于此。

在一些优选实施例中，用于形成所述保护性气氛的气体可以包括氩气、氮气等中的一种或两种，但不局限于此；所述高温煅烧的温度为500-1000℃，时间为0.5-6h；所述有机物为聚氧化乙烯，但不局限于此；在所述反应室内，所述载有过渡金属氢氧化物纳米阵列的导电基底被放置在有机物上方，且无接触。

在一些实施例的优选方案中，具体包括：将步骤(1)得到的过渡金属氢氧化物纳米阵列材料，水平放置瓷舟中，并加入0.5-2g的有机物，在保护性气氛下，高温下过渡金属纳米阵列催化有机物分解，并在其催化位点上生长碳结构，形成自支撑电极。

由前述的方法制备的用于电催化生产过氧化氢的电极，该电极结构稳定，导电性高，其比表面积大、催化剂载量高，双氧水选择性高，且电极表面全面覆盖超亲气气膜，能够加速氧气扩散，提高反应电流，并且能够高效抵抗双氧水产物的腐蚀，确保电极长时间、稳定生产双氧水。

本发明实施例还提供了前述的电极于电催化生产过氧化氢中的用途；其中，电催化测试内容主要包括循环伏安曲线、选择性测试及稳定性测试曲线。

相应的，本发明实施例还提供了一种电催化生产过氧化氢的方法，其包括：

采用前述的电极作为工作电极，并与对电极及中性或碱性电解液配合形成电化学反应体系；其中，中性电解液可以包括磷酸缓冲溶液、硫酸钠溶液等中的一种或两种的组合，但不局限于此；碱性电解液可以包括氢氧化钾溶液、氢氧化钠溶液等中的一种或两种的组合，但不局限于此；

将所述工作电极、对电极与直流电源连接，从而催化氧气还原生产双氧水；

优选的，所述电解液中的氧气浓度达到饱和浓度。

相应的，本发明实施例还提供了一种过氧化氢生产装置，其包含前述的电极。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施方式，进一步阐明该发明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，但其中的实验条件和设定参数不应视为对本发明基本技术方案的局限。并且本发明的保护范围不限于下述的实施例。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

实施例1

本实施例涉及一种以泡沫镍为导电基底，以硝酸镍作为合成前驱体的金属盐，以聚氧化乙烯为有机物，制备一体化、高选择性、高稳定性的氧还原生产过氧化氢的电极。

步骤一、对4*4cm²导电泡沫镍基底进行使用前的处理，分别使用1％的稀盐酸、无水乙醇及去离子水对泡沫镍进行超声洗涤。

步骤二、称取1mmol硝酸镍及5mmol六亚甲基四铵，溶于36mL水中。

步骤三、将步骤二的溶液倒入40mL的反应釜芯中，将步骤一的导电基底置于溶液中，在120℃的烘箱内反应12小时。

步骤四、将步骤三中反应完毕的泡沫镍取出，用去离子水冲洗干净，在60℃烘箱内干燥2小时，即可在泡沫镍上制备出氢氧化镍，如图4所示，为尺寸在200-500nm之间且生长致密的纳米片阵列。

步骤五、称量1g聚氧化乙烯，平铺于瓷舟底部，将步骤四中的泡沫镍放置于聚氧化乙烯上方，用另一瓷舟封顶。将瓷舟放于管式炉中，在氮气氛围中，1000℃煅烧0.5小时，得到在泡沫镍上制备的氢氧化镍催化生长的多孔碳材料，形成泡沫镍电极；如图5所示，碳材料保留了纳米片阵列的结构，并生长出更多致密的短粗型碳纳米管；并通过X射线检测多孔碳材料表面出射的光电子，如图6所示，该材料仅有镍元素、氧元素及碳元素组成；此外，将得到在泡沫镍上制备的氢氧化镍催化生长的多孔碳材料，经过超声剥离后，在美国PINE旋转圆盘电极进行测试，测试体系为0.1摩尔每升的磷酸缓冲溶液，pH为7.1，其测试结果如图7所示，最初反应电压为0.5V，极限电流为0.5毫安，对应的双氧水产物的选择性如图8所示，始终大于82％。

步骤六、将步骤五中的泡沫镍电极取出，置于配好的质量分数为0.1％的聚四氟乙烯溶液中，浸泡30秒，后用吹风机吹干。

步骤七、将步骤六中的电极放于管式炉中，在空气氛围内，400℃煅烧30分钟，取出。

步骤八、对电极进行氧还原性能测试。

将本实施例得到的电极通过图1的H型测试体系模型测试电流，H型测试体系模型的具体结构，包括电化学工作站1、H-型电解池2、气源装置3和质子交换膜4，其中，电化学工作站1包括参比电极夹5、工作电极夹6和对电极夹7，H-型电解池2包括气体进口8，且气体进口8与气源装置3连通设置，源装置3的气体选用高纯氧气或者空气；H-型电解池2的参比电极21与电化学工作站1中的参比电极夹5相连接，H-型电解池2的工作电极22与电化学工作站1中的工作电极夹6相连接，H-型电解池2的对电极23与电化学工作站1中的对电极夹7相连接，形成电催化过程的回路；质子交换膜4设置在两个H-型电解池2之间，防止因气体扩散而影响正负极反应的进行；该测试体系的电解液为1摩尔每升的硫酸钠，反应物为氧气，其测试结果，如图9所示，反应起始电位在0.5V，最大电流密度为185毫安每平方厘米左右；通过图1的H型测试体系模型测试电流反应中对于过氧化氢的选择性和产量，分别如图10和图11所示，由图10可知，双氧水的选择性始终在82％以上，最大可达99％；由图11可知，双氧水的产率每平方厘米电极最大可达50毫克每小时。

将本实施例得到的电极通过图1的H型测试体系模型测试电流，电解液为1摩尔每升的氢氧化钾，反应物为氧气，其测试结果，如图12所示，该一体化电极最大电流密度可达400毫安每平方厘米，而传统的滴涂电极仅有不到10毫安每平方厘米；通过图12的H型测试体系模型测试电流反应中对于过氧化氢的选择性和产率，如图13所示，双氧水的选择性均在90％以上，且双氧水的产率每平方厘米电极最大可达150毫克每小时。

为了突显一体化电极的性能佳，与如图14所示传统的滴涂电极比较，相比于本实施例电极，滴涂的电极存在催化剂的分散性差，载量低；通过如图2所示的以空气为氧气源进行的双氧水电流密度及稳定性测试模型进行以空气反应的稳定性测试，具体结构，包括电解池9、电化学工作站10、蠕动泵进液装置11和蠕动泵出液装置12，电化学工作站10包括参比电极夹13、工作电极夹14和对电极夹15，电解池8包括蠕动泵进液口16和蠕动泵出液口17，且蠕动泵进液口16与蠕动泵进液装置11连通设置，蠕动泵出液口17与蠕动泵出液装置12连通设置；电解池9的参比电极91与电化学工作站10的参比电极夹13相连接，电解池9的工作电极92与电化学工作站10的工作电极夹14相连接，电解池9的对电极93与电化学工作站10的对电极夹15相连接，形成电催化过程的回路。不同膜厚度的一体化电极及传统滴涂电极在还原空气制备双氧水测试中的稳定性及选择性，如图15所示，滴涂式电极的稳定性极差，电流下降快，在24小时内会降低90％，相对于一体式电极，稳定性较好，且经过不同厚度电极进行对比，发现在电流密度相近时，膜厚度较厚会延长电极的稳定性。

实施例2

本实施例涉及一种以碳纤维纸为导电基底，以硝酸铁为金属盐，以聚氧化乙烯为碳源，制备一体化、高选择性、高稳定性的氧还原生产过氧化氢的电极。

步骤一、对2*4cm²碳纤维纸基底采用氧气等离子清洗机进行使用前的处理。

步骤二、称取1mmol硝酸铁及10mmol尿素，溶于36mL乙醇中。

步骤三、将步骤二的溶液倒入40mL的反应釜芯中，将步骤一的导电基底置于溶液中，在140℃的烘箱内反应4小时。

步骤四、将步骤三中反应完毕的碳纤维纸取出，用去离子水冲洗干净，在60℃烘箱内干燥2小时，即可在碳纤维纸上制备出氢氧化铁，如图16所示，碳纤维纸表面长有一层致密的氢氧化铁薄膜。

步骤五、称量1g聚氧化乙烯，平铺于瓷舟底部，将步骤四中的碳纤维纸放置于聚氧化乙烯上方，用另一瓷舟封顶。将瓷舟放于管式炉中，在氮气氛围中，500℃煅烧3小时，得到在碳纤维纸上生长的铁催化的纳米碳材料，形成碳纤维纸电极；如图17所示，碳管表面生长出一层碳纳米管。

步骤六、将步骤五中的碳纤维纸电极放置于浓盐酸中浸泡12小时，除去多余的金属铁，并将在碳纤维纸上生长的铁催化的纳米碳材料超声剥离，在旋转环盘电极进行测试，测试体系为0.1摩尔每升的磷酸缓冲溶液，其测试结果如图18所示，二电子氧气还原反应起始电位为0.45V，同时伴随着双氧水的产生。

步骤七、将步骤六中的碳纤维纸电极取出，置于配好的质量分数为0.2％的聚四氟乙烯溶液中，浸泡5分钟，后用吹风机吹干。

步骤八、将步骤七中的电极放于管式炉中，在氮气氛围内，350℃煅烧2小时，取出。

步骤九、对电极在H-Cell的器件的硫酸钠电解液中进行测试氧还原测试，其结果如图19所示，电流密度最大可达25毫安每平方厘米；0-0.45V之间，双氧水的选择性始终在92％以上，如图20所示。

实施例3

本实施例涉及一种以钛片为导电基底，以硝酸钴为金属盐，以聚氧化乙烯为碳源，制备一体化、高选择性、高稳定性的氧还原生产过氧化氢的电极。

步骤一、对2*4cm²钛片分别用1％的稀盐酸、无水乙醇及去离子水进行超声洗涤。

步骤二、称取1mmol硝酸钴及1mmol尿素，溶于36mL甲醇中。

步骤三、将步骤二的溶液倒入40mL的反应釜芯中，将步骤一的导电基底置于溶液中，在100℃的烘箱内反应24小时。

步骤四、将步骤三中反应完毕的钛片取出，用去离子水冲洗干净，在60℃烘箱内干燥2小时，即可在碳纤维纸上制备出氢氧化钴，如图22所示，钛片表面长有一层致密的氢氧化钴纳米片阵列。

步骤五、称量0.5g三聚氰胺，平铺于瓷舟底部，将步骤四中的钛片放置于三聚氰胺上方，用另一瓷舟封顶。将瓷舟放于管式炉中，在氮气氛围中，600℃煅烧5小时，得到在钛片生长的钴催化的纳米碳材料，形成钛片电极；如图23所示钛片表面生长出一层碳纳米管；

步骤六、将步骤五中的钛片电极放置于浓盐酸中浸泡12小时，除去多余的金属钴，将在钛片上生长的钴催化的纳米碳材料超声剥离，在旋转环盘电极进行测试，测试体系为0.1摩尔每升的磷酸缓冲溶液，其测试结果如图24所示，二电子氧气还原反应起始电位为0.45V，同时伴随着双氧水的产生。对应的双氧水选择性如图25所示，均大于80％。

步骤七、将步骤六中的钛片电极取出，置于配好的质量分数为10％的聚四氟乙烯溶液中，浸泡10分钟，后用吹风机吹干。

步骤八、将步骤七中的电极放于管式炉中，在空气氛围内，350℃煅烧3小时，取出。

步骤九、通过图1的H型测试体系模型测试，电流密度最大可达42毫安每平方厘米。且电流反应中对于过氧化氢的选择，其结果如图26所示；在0-0.45V之间，双氧水的选择性始终在80％以上，如图27所示。

分别将实施例1中泡沫镍基底、实施例2中碳纤维纸基底和实施例3中钛片基底分别进行性能测试，其测试结果，如图28所示，所用基底的电流均小于1毫安每平方厘米，相比于实施例中反应电流，基本可以忽略。

本发明的各方面、实施例、特征及实例应视为在所有方面为说明性的且不打算限制本发明，本发明的范围仅由权利要求书界定。在不背离所主张的本发明的精神及范围的情况下，所属领域的技术人员将明了其它实施例、修改及使用。

在本发明案中标题及章节的使用不意味着限制本发明；每一章节可应用于本发明的任何方面、实施例或特征。

在本发明案通篇中，在将组合物描述为具有、包含或包括特定组份之处或者在将过程描述为具有、包含或包括特定过程步骤之处，预期本发明教示的组合物也基本上由所叙述组份组成或由所叙述组份组成，且本发明教示的过程也基本上由所叙述过程步骤组成或由所叙述过程步骤组组成。

除非另外具体陈述，否则术语“包含(include、includes、including)”、“具有(have、has或having)”的使用通常应理解为开放式的且不具限制性。

应理解，各步骤的次序或执行特定动作的次序并非十分重要，只要本发明教示保持可操作即可。此外，可同时进行两个或两个以上步骤或动作。

此外，本案发明人还参照前述实施例，以本说明书述及的其它原料、工艺操作、工艺条件进行了试验，并均获得了较为理想的结果。

尽管已参考说明性实施例描述了本发明，但所属领域的技术人员将理解，在不背离本发明的精神及范围的情况下可做出各种其它改变、省略及/或添加且可用实质等效物替代所述实施例的元件。另外，可在不背离本发明的范围的情况下做出许多修改以使特定情形或材料适应本发明的教示。因此，本文并不打算将本发明限制于用于执行本发明的所揭示特定实施例，而是打算使本发明将包含归属于所附权利要求书的范围内的所有实施例。此外，除非具体陈述，否则术语第一、第二等的任何使用不表示任何次序或重要性，而是使用术语第一、第二等来区分一个元素与另一元素。

Claims (10)

1.一种用于电催化生产过氧化氢的电极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

在导电基底上生长过渡金属氢氧化物纳米阵列；

将载有过渡金属氢氧化物纳米阵列的导电基底与有机物置入同一反应室内，并在保护性气氛中高温煅烧，使所述有机物在过渡金属氢氧化物纳米阵列的催化下发生分解，从而在导电基底上生长包含过渡金属的碳材料，获得自支撑电极；

其中，所述有机物为聚氧化乙烯，在所述反应室内，所述载有过渡金属氢氧化物纳米阵列的导电基底被放置在有机物上方，且无接触。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于还包括：所述自支撑电极以聚四氟乙烯溶液浸泡，之后在空气气氛或保护性气氛中于325-400℃煅烧0.5-3h，从而在自支撑电极上包覆超亲气气膜；所述聚四氟乙烯溶液的浓度为0.1wt%~10wt%；所述自支撑电极于聚四氟乙烯溶液中的浸渍时间为30秒~10分钟。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于包括：将导电基底置于包含金属盐和沉淀剂的混合溶液中，在100-140℃的温度下反应4-24h，从而在导电基底上生长形成过渡金属氢氧化物纳米阵列材料。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述金属盐与沉淀剂的摩尔比为1：1~1：10；和/或，所述金属盐为硝酸镍、氯化镍、硝酸钴、氯化钴、硝酸铁和氯化铁中的任意一种或两种以上的组合；和/或，所述沉淀剂为尿素、六亚甲基四铵中的一种或两种；和/或，所述混合溶液还包含去离子水、甲醇和乙醇中的任意一种或两种以上的组合。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述导电基底为碳纤维纸、泡沫镍、钛片中的任意一种，和/或，所述过渡金属氢氧化物为氢氧化镍、氢氧化铁、氢氧化钴及其双金属或三金属氢氧化物中的任意一种或两种以上的组合。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：用于形成所述保护性气氛的气体为氩气、氮气中的一种或两种；和/或，所述高温煅烧的温度为500-1000℃，时间为0.5-6h。

7.由权利要求1-6任一项所述方法制得的用于电催化生产过氧化氢的电极。

8.权利要求7所述的电极于电催化生产过氧化氢中的用途。

9.一种电催化生产过氧化氢的方法，其特征在于包括：

采用权利要求7所述的电极作为工作电极，并与对电极及中性或碱性电解液配合形成电化学反应体系；

将所述工作电极、对电极与直流电源连接，从而催化氧气还原生产双氧水；

所述电解液中的氧气浓度达到饱和浓度。

10.一种过氧化氢生产装置，其特征在于包含权利要求7所述的电极。

Images