一种三维电极和制备方法及其在电化学PET塑料回收制备乙醇酸中的应用

本发明涉及催化电极，具体为一种三维电极和制备方法及其在电化学pet塑料回收制备乙醇酸中的应用。

背景技术：

1、当前，全球塑料废弃物尤其是聚对苯二甲酸乙二醇酯（pet）的累积，正带来严峻环境挑战，实现其高效高值化回收利用是化工可持续发展的关键。pet结构稳定难降解，传统碱性水解回收乙二醇（eg）能耗高且再生物质性能差，难以满足长期需求。近年来，将pet水解产物eg通过电化学氧化转化为乙醇酸（ga）的研究备受关注，ga作为合成可降解材料核心单体应用价值高。然而，现有电催化体系难以在工业化所需的安培级高电流密度下，实现eg高效高选择性转化为ga。贵金属催化剂（如钯）虽初始活性与选择性较好，但高电流密度下易失活且成本高昂；过渡金属基催化剂（如钴基氧化物/氢氧化物）成本低却易断裂c-c键生成非目标产物。现有负载型钯-过渡金属复合催化剂虽利用强相互作用提升性能，但忽视载体电子结构与表面性质调控，缺乏通过优化氧化物载体与钯电子耦合效应，增强钯稳定性并提升ga选择性的系统性策略。因此，亟须开发新型高性能电催化剂，实现苛刻工业条件下eg向ga的高效定向转化。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种三维电极和制备方法及其在电化学pet塑料回收制备乙醇酸中的应用，解决了上述背景技术中提出的问题。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

3、根据本发明的第一方面，提供了一种三维电极，包括泡沫镍以及负载于所述泡沫镍表面的电催化剂，所述电催化剂包括co(oh)f纳米线以及负载于所述co(oh)f纳米线上的金属pd纳米颗粒。

4、本发明提供的三维电极具有三维宏观自支撑一体式结构，同时微观兼具异质结构的多孔纳米线阵列形貌。这种独特结构有利于暴露更多的反应活性位点及促进反应物种和催化剂表面接触，从而改善催化性能。

5、优选的，所述电催化剂中的金属pd纳米颗粒的负载量为1.0~4.0%。

6、优选的，所述电催化剂具有三维多孔立体结构，所述co(oh)f纳米线为多孔纳米线，且主要暴露（111）晶面，与所述金属pd纳米颗粒的（111）晶面形成异质结构。

7、优选的，所述co(oh)f纳米线还掺杂cu，其中，cu的掺杂量为11.1~27.3%。

8、本发明提供的三维电极cu掺杂的co(oh)f能优化载体电子结构从而与表面负载的pd纳米颗粒形成强电子相互作用，改善pd活性位点的稳定性并提升界面电荷转移能力，从而改善催化反应动力学过程。

9、根据本发明的第二方面，提供了一种三维电极的制备方法，包括以下步骤：

10、s1、将钴盐、尿素和氟化铵加入水中搅拌均匀得到盐溶液；

11、s2、将泡沫镍置于所述盐溶液中进行水热反应，得到预电极；

12、s3、将所述预电极浸入二价钯盐溶液中浸渍，洗涤，烘干，得到所述三维电极。

13、优选的，步骤s1中，所述盐溶液中钴盐的浓度为0.0125~0.025 g/ml；

14、所述盐溶液中尿素的浓度为0.025~0.1 g/ml；

15、所述盐溶液中氟化铵的浓度为0.0125~0.0375 g/ml。

16、进一步优选的，所述盐溶液中钴盐的浓度为0.02 g/ml；

17、所述盐溶液中尿素的浓度为0.05 g/ml；

18、所述盐溶液中氟化铵的浓度为0.025 g/ml。

19、优选的，所述钴盐选择可溶性二价钴盐，优选硝酸钴。

20、优选的，步骤s1中，所述盐溶液中还包括铜盐，所述铜盐与钴盐的摩尔比为1~3：8，其中，所述铜盐和钴盐分别以其金属元素的摩尔计。

21、进一步优选的，步骤s1中，所述盐溶液中还包括铜盐，所述铜盐与钴盐的摩尔比为2：8，其中，所述铜盐和钴盐分别以其金属元素的摩尔计

22、优选的，所述铜盐可选自可溶性二价铜盐，优选硝酸铜。

23、优选的，步骤s2中，所述水热反应的温度为100~150℃，时间为3~9 h。

24、进一步优选的，步骤s2中，所述水热反应的温度为110℃，时间为5 h。

25、需要说明的是，本申请提供的泡沫镍在使用前依次经过盐酸、乙醇和蒸馏水超声处理15~20 min。

26、优选的，步骤s3中，所述浸渍的过程中，二价钯盐溶液的浓度为3~12 mm，浸渍的温度为70~90℃，浸渍的时间为20~50 min。

27、进一步优选的，所述浸渍过程中，二价钯盐溶液的浓度为9 mm，浸渍的温度为80℃，浸渍的时间为30 min。

28、优选的，所述二价钯盐溶液中的二价钯盐选自四氯钯酸钾。

29、根据本发明的第三方面，提供了一种三维电极或根据上述制备方法得到的三维电极作为阳极在电化学pet塑料回收制备乙醇酸中的应用。

30、本发明提供了一种三维电极和制备方法及其在电化学pet塑料回收制备乙醇酸中的应用。具备以下有益效果：

31、本方案提供的一种三维电极，通过水热法和浸渍法结合工艺制备，合成了由金属pd纳米颗粒和cu掺杂的co(oh)f纳米线组成的三维自支撑电极。同时具有微观异质结构的多孔纳米线形貌和宏观三维多孔立体电极结构，能够充分暴露催化活性位点，提升界面电荷转移能力，从而促进反应动力学过程。

32、（2）本方案提供的一种三维电极，利用cu掺杂优化co(oh)f多孔纳米线来的电子结构特性，进而增强其与表面负载的pd纳米颗粒的界面电子相互作用，从而提升pd活性位点在电化学氧化过程中的稳定性，赋予其在安培级别电流密度下电催化乙二醇氧化（egor）产乙醇酸中展现高活性与产物选择性，展现了在高附加值化学品电化学转化领域的极大应用潜力和经济价值。

1.一种三维电极，其特征在于：包括泡沫镍以及负载于所述泡沫镍表面的电催化剂，所述电催化剂包括co(oh)f纳米线以及负载于所述co(oh)f纳米线上的金属pd纳米颗粒。

2.根据权利要求1所述的一种三维电极，其特征在于：所述电催化剂中的金属pd纳米颗粒的负载量为1.0~4.0%。

3.根据权利要求1所述的一种三维电极，其特征在于：所述电催化剂具有三维多孔立体结构，所述co(oh)f纳米线为多孔纳米线，且主要暴露（111）晶面，与所述金属pd纳米颗粒的（111）晶面形成异质结构。

4.根据权利要求1所述的一种三维电极，其特征在于：所述co(oh)f纳米线还掺杂cu，其中，cu的掺杂量为11.1~27.3%。

5.一种权利要求1至4任意一项三维电极的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的一种三维电极的制备方法，其特征在于：步骤s1中，所述盐溶液中钴盐的浓度为0.0125~0.025 g/ml；

7.根据权利要求5所述的一种三维电极的制备方法，其特征在于：步骤s1中，所述盐溶液中还包括铜盐，所述铜盐与钴盐的摩尔比为1~3：8，其中，所述铜盐和钴盐分别以其金属元素的摩尔计。

8.根据权利要求5所述的一种三维电极的制备方法，其特征在于：步骤s2中，所述水热反应的温度为100~150℃，时间为3~9 h。

9.根据权利要求5所述的一种三维电极的制备方法，其特征在于：步骤s3中，所述浸渍的过程中，二价钯盐溶液的浓度为3~12 mm，浸渍的温度为70~90℃，浸渍的时间为20~50min。

10.一种权利要求1至4任意一项所述的三维电极或根据权利要求5至9任意一项所述的制备方法得到的三维电极作为阳极在电化学pet塑料回收制备乙醇酸中的应用。