一种钯/氧化石墨烯/泡沫铜复合电极及其制备方法和应用与流程

文档序号:17125119发布日期:2019-03-16 00:18阅读:480来源:国知局
一种钯/氧化石墨烯/泡沫铜复合电极及其制备方法和应用与流程

本发明属于电化学材料制备技术领域,具体涉及到一种钯/氧化石墨烯/泡沫铜复合电极及其制备方法和应用。



背景技术:

在电极制备过程中,扮演主要角色的部分便是电极材料。泡沫金属是一种新型结构和功能材料。与相应的固体金属材料相比,泡沫金属不仅具有金属本身的特性,而且具有比表面积大,热学性能优异,密度低,比强度高的优点。此外,电化学方法中,充当重要角色之一的就是电极表面的催化层。一种性能良好的催化层能够大幅度提升处理效率。氧化石墨烯作为电极表面的催化材料,因为其结构独特,分布均匀,比表面积大,所以它具有良好的导热性。在电化学领域,氧化石墨烯和金属及金属氧化物被用于制备复合材料并被应用于光催化电极以去除有机污染物。氧化石墨烯还可与各种贵金属结合以制备复合催化剂并用于各种领域。



技术实现要素:

本发明的目的是针对现有技术的不足,提供一种科学合理,简单适用,性质稳定,效果佳的钯/氧化石墨烯/泡沫铜复合电极制备方法;并提供所述方法直接获得的钯/氧化石墨烯/泡沫铜复合电极;还提供对2,4-二氯酚进行降解的应用。

实现本发明目的之一采用的技术方案是,一种钯/氧化石墨烯/泡沫铜复合电极制备方法,其特征在于,它包括以下步骤:

1)采用浸渍法制备氧化石墨烯/泡沫铜支撑电极

将泡沫铜基体用浓度0.1~1.0mol/l的稀硫酸,酸洗0.5~5min,然后,将稀硫酸酸洗后的泡沫铜基体置于95%的乙醇溶液中进行超声除油,超声除油2~20min,再用去离子水冲洗去除表面氧化物和油污;将去离子水冲洗干净的泡沫铜基体置于烘干箱中,干燥温度为102~107℃烘干,将干燥后的泡沫铜基体浸入浓度为5~100mg/l的氧化石墨烯溶液中,第一次浸泡时间为30~300s,取出后置入烘干箱中,干燥温度为102~107℃进行烘干,烘干后取出,再浸入浓度为5~100mg/l的氧化石墨烯溶液中进行第二次浸泡,第二次浸泡时间为30~300s,取出后置入烘干箱中,干燥温度为102~107℃进行烘干,烘干后取出制得氧化石墨烯/泡沫铜支撑电极;

2)采用恒电流电沉积法制备钯/氧化石墨烯/泡沫铜复合电极

将步骤1)制得的氧化石墨烯/泡沫铜支撑电极作为阴极,铂片作为阳极,用浓度为0.1~1.0mol/l的硫酸钠溶液和浓度为0.05~1.0mmol/l的氯化钯溶液的混合液作为电沉积溶液,电沉积溶液ph为3~7,在电流强度为1~20ma,时间为2~20min进行电沉积,氧化石墨烯/泡沫铜支撑电极经电沉积后,用超纯水冲洗去除氧化石墨烯/泡沫铜支撑电极表面的浮液,置入烘干箱中,干燥温度为102~107℃进行干燥,制备得到钯/氧化石墨烯/泡沫铜复合电极。

进一步,作为电源阴极所述氧化石墨烯/泡沫铜支撑电极的有效面积长×宽为10mm×(10~40)mm,作用电源阳极所述铂片的有效面积长×宽为20mm×10mm,高为0.2mm,电源阴极与电源阳极之间的间距为10~40mm。

实现本发明目的之二采用的技术方案是,采用一种钯/氧化石墨烯/泡沫铜复合电极制备方法,制备的钯/氧化石墨烯/泡沫铜复合电极。

实现本发明目的之三采用的技术方案是,以2,4-二氯酚作为降解目标物,将钯/氧化石墨烯/泡沫铜复合电极作为电源的阴极,铂电极作为阳极,采用所述电沉积溶液对2,4-二氯酚进行降解的应用。

本发明的一种钯/氧化石墨烯/泡沫铜复合电极制备方法,由于采用浸渍法制备氧化石墨烯/泡沫铜支撑电极的基础上,再采用恒电流电沉积法制备钯/氧化石墨烯/泡沫铜复合电极的技术方案,具有科学合理,简单适用,性质稳定,节能环保,应用前景十分广阔;制备的钯/氧化石墨烯/泡沫铜复合电极成本低,质量好;对2,4-二氯酚进行降解的应用效果佳。

附图说明

图1是本发明所用的反应装置示意图;

图2是实施例1中所述的泡沫铜基体的扫描电镜图;

图3是实施例1中所述的氧化石墨烯/泡沫铜支撑电极扫描电镜图;

图4是实施例1中所述的钯/氧化石墨烯/泡沫铜复合电极扫描电镜图;

图5是实施例1中所述的钯/氧化石墨烯/泡沫铜复合电极的稳定性状态示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚,下面结合实施例来进一步说明本发明,这些实施例只用于说明本发明,并不限制本发明。下述实例中的泡沫铜基体采购于梧州三和新材料科技有限公司。泡沫铜纯度为99.9%,厚度为1.0±0.1mm,孔隙率ppi为130,面密度为600±50g/m2。由于泡沫铜在空气中会被缓慢氧化,表面会被部分氧化。并且,泡沫铜本身含有一些油污和其他杂质,所以要对泡沫铜基体进行除油和除氧化物的预处理。处理后的泡沫铜基体扫面电镜图如图2所示。

实施例1:一种钯/氧化石墨烯/泡沫铜复合电极制备方法,它包括以下步骤:

(1)采用浸渍法制备氧化石墨烯/泡沫铜支撑电极

将泡沫铜基体用浓度0.1mol/l的稀硫酸,酸洗0.5min,然后,将稀硫酸酸洗后的泡沫铜基体置于95%的乙醇溶液中进行超声除油,超声除油2min,再用去离子水冲洗去除表面氧化物和油污;将去离子水冲洗干净的泡沫铜基体置于烘干箱中,干燥温度为102℃烘干,将干燥后的泡沫铜基体浸入浓度为5mg/l的氧化石墨烯溶液中,第一次浸泡时间为30s,取出后置入烘干箱中,干燥温度为102℃进行烘干,烘干后取出,再浸入浓度为5mg/l的氧化石墨烯溶液中进行第二次浸泡,第二次浸泡时间为30s,取出后置入烘干箱中,干燥温度为102℃进行烘干,烘干后取出制得氧化石墨烯/泡沫铜支撑电极;其中:氧化石墨烯为go;泡沫铜为cu;

(2)采用恒电流电沉积法制备钯/氧化石墨烯/泡沫铜复合电极

将步骤1)制得的氧化石墨烯/泡沫铜支撑电极作为电源阴极,铂片作为电源阳极,用浓度为0.1mol/l的硫酸钠溶液和浓度为0.05mmol/l的氯化钯溶液的混合液作为电沉积溶液,电沉积溶液ph为3,在电流强度为1ma,时间为2min进行电沉积,反应装置如图1所示,氧化石墨烯/泡沫铜支撑电极经电沉积后,用超纯水冲洗去除氧化石墨烯/泡沫铜支撑电极表面的浮液,置入烘干箱中,干燥温度为102℃进行干燥,制备得到钯/氧化石墨烯/泡沫铜复合电极。其中:作为电源阴极所述氧化石墨烯/泡沫铜支撑电极的有效面积长×宽为10mm×10mm,作用电源阳极所述铂片的有效面积长×宽为20mm×10mm,高为0.2mm,电源阴极与电源阳极之间的间距为1cm。

实施例1中所述的泡沫铜基体的形态如扫描电镜图2所示;所述的氧化石墨烯/泡沫铜支撑电极的状态如扫描电镜图3所示;制备得到的钯/氧化石墨烯/泡沫铜复合电极如图4扫描电镜图所示。

实施例2:一种钯/氧化石墨烯/泡沫铜复合电极制备方法,它包括以下步骤:

(1)采用浸渍法制备氧化石墨烯/泡沫铜支撑电极

将泡沫铜基体用浓度0.3mol/l的稀硫酸,酸洗0.7min,然后,将稀硫酸酸洗后的泡沫铜基体置于95%的乙醇溶液中进行超声除油,超声除油5min,再用去离子水冲洗去除表面氧化物和油污;将去离子水冲洗干净的泡沫铜基体置于烘干箱中,干燥温度为103℃烘干,其扫描电镜图如图4所示。将干燥后的泡沫铜基体浸入浓度为8mg/l的氧化石墨烯溶液中,第一次浸泡时间为60s,取出后置入烘干箱中,干燥温度为103℃进行烘干,烘干后取出,再浸入浓度为8mg/l的氧化石墨烯溶液中进行第二次浸泡,第二次浸泡时间为50s,取出后置入烘干箱中,干燥温度为103℃进行烘干,烘干后取出制得氧化石墨烯/泡沫铜支撑电极,其扫描电镜图如图3所示;其中:氧化石墨烯为go;泡沫铜为cu;

(2)采用恒电流电沉积法制备钯/氧化石墨烯/泡沫铜复合电极

将步骤1)制得的氧化石墨烯/泡沫铜支撑电极作为电源阴极,铂片作为电源阳极,用浓度为0.3mol/l的硫酸钠溶液和浓度为0.08mmol/l的氯化钯溶液的混合液作为电沉积溶液,电沉积溶液ph为4,在电流强度为5ma,时间为6min进行电沉积,氧化石墨烯/泡沫铜支撑电极经电沉积后,用超纯水冲洗去除氧化石墨烯/泡沫铜支撑电极表面的浮液,置入烘干箱中,干燥温度为103℃进行干燥,制备得到钯/氧化石墨烯/泡沫铜复合电极,其扫描电镜图如图4所示。其中:作为电源阴极所述氧化石墨烯/泡沫铜支撑电极的有效面积长×宽为10mm×15mm,作用电源阳极所述铂片的有效面积长×宽为20mm×10mm,高为0.2mm,电源阴极与电源阳极之间的间距为1.5cm。

实施例3:一种钯/氧化石墨烯/泡沫铜复合电极制备方法,它包括以下步骤:

(1)采用浸渍法制备氧化石墨烯/泡沫铜支撑电极

将泡沫铜基体用浓度0.5mol/l的稀硫酸,酸洗1min,然后,将稀硫酸酸洗后的泡沫铜基体置于95%的乙醇溶液中进行超声除油,超声除油10min,再用去离子水冲洗去除表面氧化物和油污;将去离子水冲洗干净的泡沫铜基体置于烘干箱中,干燥温度为105℃烘干,将干燥后的泡沫铜基体浸入浓度为12mg/l的氧化石墨烯溶液中,第一次浸泡时间为90s,取出后置入烘干箱中,干燥温度为105℃进行烘干,烘干后取出,再浸入浓度为12mg/l的氧化石墨烯溶液中进行第二次浸泡,第二次浸泡时间为60s,取出后置入烘干箱中,干燥温度为105℃进行烘干,烘干后取出制得氧化石墨烯/泡沫铜支撑电极;其中:氧化石墨烯为go;泡沫铜为cu;

(2)采用恒电流电沉积法制备钯/氧化石墨烯/泡沫铜复合电极

将步骤1)制得的氧化石墨烯/泡沫铜支撑电极作为电源阴极,铂片作为电源阳极,用浓度为0.5mol/l的硫酸钠溶液和浓度为0.1mmol/l的氯化钯溶液的混合液作为电沉积溶液,电沉积溶液ph为5,在电流强度为8ma,时间为10min进行电沉积,氧化石墨烯/泡沫铜支撑电极经电沉积后,用超纯水冲洗去除氧化石墨烯/泡沫铜支撑电极表面的浮液,置入烘干箱中,干燥温度为105℃进行干燥,制备得到钯/氧化石墨烯/泡沫铜复合电极。其中:作为电源阴极所述氧化石墨烯/泡沫铜支撑电极的有效面积长×宽为10mm×20mm,作用电源阳极所述铂片的有效面积长×宽为20mm×10mm,高为0.2mm,电源阴极与电源阳极之间的间距为2cm。

实施例4:一种钯/氧化石墨烯/泡沫铜复合电极制备方法,它包括以下步骤:

(1)采用浸渍法制备氧化石墨烯/泡沫铜支撑电极

将泡沫铜基体用浓度0.8mol/l的稀硫酸,酸洗3min,然后,将稀硫酸酸洗后的泡沫铜基体置于95%的乙醇溶液中进行超声除油,超声除油15min,再用去离子水冲洗去除表面氧化物和油污;将去离子水冲洗干净的泡沫铜基体置于烘干箱中,干燥温度为106℃烘干,将干燥后的泡沫铜基体浸入浓度为60mg/l的氧化石墨烯溶液中,第一次浸泡时间为180s,取出后置入烘干箱中,干燥温度为106℃进行烘干,烘干后取出,再浸入浓度为60mg/l的氧化石墨烯溶液中进行第二次浸泡,第二次浸泡时间为140s,取出后置入烘干箱中,干燥温度为106℃进行烘干,烘干后取出制得氧化石墨烯/泡沫铜支撑电极;其中:氧化石墨烯为go;泡沫铜为cu;

(2)采用恒电流电沉积法制备钯/氧化石墨烯/泡沫铜复合电极

将步骤1)制得的氧化石墨烯/泡沫铜支撑电极作为电源阴极,铂片作为电源阳极,用浓度为0.8mol/l的硫酸钠溶液和浓度为0.6mmol/l的氯化钯溶液的混合液作为电沉积溶液,电沉积溶液ph为6,在电流强度为15ma,时间为15min进行电沉积,氧化石墨烯/泡沫铜支撑电极经电沉积后,用超纯水冲洗去除氧化石墨烯/泡沫铜支撑电极表面的浮液,置入烘干箱中,干燥温度为106℃进行干燥,制备得到钯/氧化石墨烯/泡沫铜复合电极。其中:作为电源阴极所述氧化石墨烯/泡沫铜支撑电极的有效面积长×宽为10mm×30mm,作用电源阳极所述铂片的有效面积长×宽为20mm×10mm,高为0.2mm,电源阴极与电源阳极之间的间距为3cm。

实施例5:一种钯/氧化石墨烯/泡沫铜复合电极制备方法,它包括以下步骤:

(1)采用浸渍法制备氧化石墨烯/泡沫铜支撑电极

将泡沫铜基体用浓度1.0mol/l的稀硫酸,酸洗5min,然后,将稀硫酸酸洗后的泡沫铜基体置于95%的乙醇溶液中进行超声除油,超声除油20min,再用去离子水冲洗去除表面氧化物和油污;将去离子水冲洗干净的泡沫铜基体置于烘干箱中,干燥温度为107℃烘干,将干燥后的泡沫铜基体浸入浓度为100mg/l的氧化石墨烯溶液中,第一次浸泡时间为300s,取出后置入烘干箱中,干燥温度为107℃进行烘干,烘干后取出,再浸入浓度为100mg/l的氧化石墨烯溶液中进行第二次浸泡,第二次浸泡时间为300s,取出后置入烘干箱中,干燥温度为107℃进行烘干,烘干后取出制得氧化石墨烯/泡沫铜支撑电极;其中:氧化石墨烯为go;泡沫铜为cu;

(2)采用恒电流电沉积法制备钯/氧化石墨烯/泡沫铜复合电极

将步骤1)制得的氧化石墨烯/泡沫铜支撑电极作为电源阴极,铂片作为电源阳极,用浓度为1.0mol/l的硫酸钠溶液和浓度为1.0mmol/l的氯化钯溶液的混合液作为电沉积溶液,电沉积溶液ph为7,在电流强度为20ma,时间为20min进行电沉积,氧化石墨烯/泡沫铜支撑电极经电沉积后,用超纯水冲洗去除氧化石墨烯/泡沫铜支撑电极表面的浮液,置入烘干箱中,干燥温度为107℃进行干燥,制备得到钯/氧化石墨烯/泡沫铜复合电极。其中:作为电源阴极所述氧化石墨烯/泡沫铜支撑电极的有效面积长×宽为10mm×40mm,作用电源阳极所述铂片的有效面积长×宽为20mm×10mm,高为0.2mm,电源阴极与电源阳极之间的间距为4cm。

对电极稳定性能的实验:

以2,4-二氯酚作为降解目标物,将制备好的pd/go/cu电极作为工作电极,与电源的负极相连接,铂电极作为对电极,与电源的正极相连接,用上述电沉积溶液对2,4-二氯酚进行降解,反应装置为现有产品,如图1所示,反应装置的集热式磁力搅拌器为反应提供稳定的温度和搅拌速度,反应装置的可编程式电源提供稳定的电流。

①实验条件:氧化石墨烯浓度为12mg/l工作电流8ma,pdcl2浓度为0.1mmol/l,溶液ph值为5。为了考察pd/go/cu电极的稳定性,对电极进行了连续的电化学降解2,4-二氯酚的验证,测试结果如图5所示:

②从图5中可以观察到,在连续使用10次之后,pd/go/cu电极对2,4-二氯酚去除效率从63.7%下降至61.7%,对2,4-二氯酚的去除率仅仅下降2.0%,说明pd/go/cu电极稳定性好。电极的稳定性和使用寿命一直都是限制电极发展的主要因素,而本发明中的电极稳定性良好,具有很好的实用潜力。

本发明的具体实施方式的有限实施例并非穷举,任何不经过创造性劳动的复制和改进均在本发明权利要求保护的范围内。

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