【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于模板輔助法構建非貴金屬摻雜中空多級孔碳制備，具體涉及一種聚苯乙烯微球輔助法構建蜂窩狀ni/s共摻雜中空碳催化產過氧化氫電催化劑的制備方法及其在電催化orr產過氧化氫中的應用。
技術介紹
1、為了應對當前能源危機和生態環境問題，開發探索替代蒽醌工藝生產過氧化氫(h2o2)的技術已成為當前學界共識。過去電催化氧還原反應(oxygen?reduction?reaction，orr)研究主要側重在4e-途徑(即生成h2o的過程)上，以提高燃料電池的能效。直到最近，隨著電催化劑、電化學電池和膜的可持續發展，電化學2e-orr生產h2o2才重新回到舞臺，并憑借以下優勢：(1)使用綠色和天然資源，不消耗化石燃料；(2)環境清潔，無有機廢物；(3)環境溫度和壓力的溫和反應條件；(4)通過分離陽極和陰極來規避爆炸性氣體環境；(5)可提供現場發電，逐漸成為研究熱點。盡管貴金屬pd基催化劑展現出優異的2e-orr選擇性，但是其資源的稀缺性、開發成本高昂以及穩定性差等問題嚴重限制了其大規模應用，因此繼續開發制備具有高活性和高效2e-orr選擇性的非貴金屬催化劑。鎳對o原子和o2分子具有較好的吸附能力，但是由于ni的d帶中心不適導致其對含氧中間體*ooh結合強度不佳，因此ni基2e-orr電催化劑性能仍需進一步提升。此外，為提高催化劑的表觀活性性能，需要對其進行一定的結構設計。在各種材料結構中，中空結構在能源相關應用中顯示出明顯的優勢。
技術實現思路
1、本專利技術解決的技術問題是提供一種高效
2、本專利技術為解決上述技術問題采用如下技術方案，一種高效電催化orr產h2o2的ni/s共摻雜中空碳球的制備方法，其特征在于具體步驟為：
3、步驟s1：將金屬源(六水硝酸鎳)溶液于二次水中得到物料a；
4、步驟s2：將模板聚苯乙烯微球分散于無水乙醇中得到物料b；
5、步驟s3：獎步驟s2所得物料b與氨基硫脲、物料a、鹽酸多巴胺和三(羥甲基)氨基甲烷緩沖溶液混合，室溫下攪拌一定時間，產物經過離心、洗滌、干燥和研磨后得到物料c；
6、步驟s4：將步驟s3所得物料c轉移至管式爐中，在n2氣保護下，由室溫以2～4℃min-1的升溫速率升溫至350℃并保溫0.5～2h，隨后繼續以5～10℃min-1的升溫速率升溫至500～900℃并保溫1～3h，之后自然降溫至室溫得到物料d；
7、步驟s5：將步驟s4所得物料d經酸性溶液浸漬、水洗、干燥處理后得到ni/s共中空碳球，該ni/s共中空碳球用作高效orr產過h2o2的電催化劑。
8、優選的，步驟s2所述模板(聚苯乙烯)包含但不限于ps、二氧化硅等，物料a的濃度為5～15wt％。
9、優選的，步驟s3所述s源(氨基硫脲)包含但不限于硫粉、氨基硫脲、硫脲等含硫化合物，六水硝酸鎳與氨基硫脲的物質的量為1:0～1:10，六水硝酸鎳和鹽酸多巴胺投料物質的量之比為1:2～1:24。
10、優選的，步驟s4中所述熱處理過程為以2℃min-1的升溫速率升溫至350℃并保溫1h，隨后繼續以5℃min-1的升溫速率升溫至600℃并保溫2h。
11、優選的，步驟s5所述酸性溶液為物質的量濃度1～3mol?l-1的鹽酸溶液，酸洗時間為12～24h。
12、本專利技術所述的方法制備的ni/s共摻雜中空碳球作為陰極orr電催化劑的應用，其特征在于具體過程為：將ni/s共摻雜中空碳球催化劑分散在含有5wt％nafion溶液、異丙醇和二次水的混合溶液中，經過超聲處理得到的均勻漿液滴涂于導電基體的防水層一側，自然晾干后用作陰極orr產h2o2電催化劑。
13、優選的，所述導電基體為疏水碳紙或疏水碳紙、防水膜和泡沫鎳的電極復合基體。
14、本專利技術與現有技術相比具有以下有益效果：
15、1、本專利技術采用的氨基硫脲作為一種強配體，該配體能夠利用氮原子的未成鍵電子對和硫原子與金屬ni2+離子絡合。因此本專利技術在多巴胺單體聚合前，首先加入ni2+離子和氨基硫脲使二者先行絡合，從而提高鎳鹽ni2+分散性，促使催化劑在熱解后能夠提供更多高效活性位點。
16、2、本專利技術摻雜的強電負性s原子，能夠顯著調節金屬ni的電子結構，同時s原子嵌入碳矩陣，形成p-π共軛，由于其具有較大的原子半徑，較強的極性可以增強鄰近碳原子的自旋密度、促進電荷重新排布，兩者協同優化活性中心ni形成*ooh中間體能壘，改善2e-orr的選擇性。
17、3、本專利技術采用ps微球作為自犧牲模板，可以顯著改善催化劑的比表面積和多孔結構，從而有利于催化過程暴露更多活性位點、提供豐富的物質傳輸通道、提高活性位點的可及性。
18、4、本專利技術制備的ni/s共摻雜中空碳球作為由于摻雜s原子對ni原子電子結構的調控以及高比表面積的中空球殼結構的協同作用，在堿性電解質中展現出優異的2e–orr催化性能，91.3％的h2o2選擇性、的h2o2產率、99.6％@0.5v的法拉第效率和36h電催化的穩定性，明顯優于負載ni的中空蜂窩狀碳基樣品ni@nchs(h2o2％＝～68.7％，n＝2.63)。
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1.一種高效電催化氧還原反應產過氧化氫的Ni/S共摻雜中空碳球的制備方法，其特征在于具體步驟為：
2.根據權利要求1所述的高效ORR產過H2O2的Ni/S共摻雜中空碳球電催化劑，其特征在于：步驟S2所述模板包含但不限于聚苯乙烯、二氧化硅等，物料A的濃度為5～15wt％。
3.根據權利要求1所述的高效電催化ORR產H2O2的Ni/S共摻雜中空碳球，其特征在于：步驟S3所述S源包含但不限于氨基硫脲、硫粉、硫脲等含硫化合物，六水硝酸鎳與氨基硫脲的物質的量為1:0～1:10，六水硝酸鎳和鹽酸多巴胺投料物質的量之比為1:2～1:24。
4.根據權利要求1所述的高效電催化ORR產H2O2的Ni/S共摻雜中空碳球，其特征在于：步驟S4中所述熱處理過程為以2℃min-1的升溫速率升溫至350℃并保溫1h，隨后繼續以5℃min-1的升溫速率升溫至600℃并保溫2h。
5.根據權利要求1所述的高效電催化ORR產H2O2的Ni/S共摻雜中空碳球，其特征在于：步驟S5所述酸性溶液為物質的量濃度1～3mol?L-1的鹽酸溶液，酸洗時間為12～24h。
...【技術特征摘要】
1.一種高效電催化氧還原反應產過氧化氫的ni/s共摻雜中空碳球的制備方法，其特征在于具體步驟為：
2.根據權利要求1所述的高效orr產過h2o2的ni/s共摻雜中空碳球電催化劑，其特征在于：步驟s2所述模板包含但不限于聚苯乙烯、二氧化硅等，物料a的濃度為5～15wt％。
3.根據權利要求1所述的高效電催化orr產h2o2的ni/s共摻雜中空碳球，其特征在于：步驟s3所述s源包含但不限于氨基硫脲、硫粉、硫脲等含硫化合物，六水硝酸鎳與氨基硫脲的物質的量為1:0～1:10，六水硝酸鎳和鹽酸多巴胺投料物質的量之比為1:2～1:24。
4.根據權利要求1所述的高效電催化orr產h2o2的ni/s共摻雜中空碳球，其特征在于：步...
【專利技術屬性】
技術研發人員：高書燕，劉夢然，劉燦豫，黃金銳，張坤，劉世哲，楊天芳，馬智超，陳野，
申請(專利權)人：河南師范大學，
類型：發明
國別省市：
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