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蒽醌共价改性碳纤维显著改善电催化产过氧化氢性能

2021-11-01于芳媛胡德琪王旗超

西南民族大学学报(自然科学版) 2021年5期
关键词:碳纤维催化剂

马 骏,于芳媛,胡德琪,王旗超,李 列,张 万

(1.四川师范大学化学与材料科学学院,四川 成都,610066;2.西南土地资源评价与监测教育部重点实验室,四川 成都,610066;3.四川省宏茂环保技术服务有限公司,四川 成都,610066.)

过氧化氢(H2O2)是一种清洁的氧化剂,仅产生水作为副产物,是一种有价值的化学药品,具有广泛的用途,例如在有机合成,消毒,漂白,液体推进剂等方面[1-3].工业上,H2O2目前是通过蒽醌方法合成的,这一方法能耗高且在H2O2的存储、运输和使用中也存在非常大的安全风险.电催化氧气两电子还原(ORR)制备H2O2技术具有绿色环保、工艺简单等优点,且可实现H2O2的原位生产,受到了广泛关注[4-6].开发高效、非金属催化剂是ORR制备H2O2技术的关键[7-8].

近年来,各种碳质材料因具有稳定的化学性质、高导电性等优点已广泛应用于H2O2的电生成,如石墨烯(GO)[9]、碳纳米管(CNT)[10]、活性碳纤维(ACF)[11]等其他碳材料.皮胶原纤维(CF)是地球生态中最大的可再生动物皮质,自然界中的牲畜皮肤在传统上一般可用作皮革制造的原料,且其原材料来源十分广泛,价格低廉.目前有研究学者使用胶原蛋白纤维作为碳源,可以获得具有明确形态含有规则纤维状的多孔碳材料[12].Ying-Hui Lee[13]在400~800℃下制备4 h的碳纤维对H2O2的生产具有很高的选择性,且电势大于0.6 V,400℃下合成的碳的H2O2产生率甚至达到93%.但是,H2O2在纯碳材料上的累积浓度仍不能满足实际应用要求.大量研究表明,碳基电催化剂的活性受到负载改性和材料结构的强烈影响,特别是,最近发现醌式……

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