本發明涉及電催化，尤其涉及一種改性針狀焦催化劑及其制備方法與應用。
背景技術：
1、過氧化氫（h2o2）作為重要的綠色氧化劑，在化學合成與污染物處理領域應用廣泛，是現代化學工業的基石。目前，超過95%的h2o2通過蒽醌法生產，該工藝能耗高、高度依賴大型工業基礎設施且產生大量有害副產物等問題。電催化兩電子氧還原反應（2e-orr）作為綠色替代方案，僅需空氣、水和可再生電力即可實現h2o2的經濟、現場化生產。
2、電化學合成h2o2的技術關鍵在于設計高效穩定的催化材料，驅動氧還原反應通過兩電子途徑進行，以實現最大反應效率。目前，貴金屬及其化合物（如pt-hg、pd-hg、au-pd）雖表現出較高的2e-orr活性和選擇性，但其高成本和資源稀缺性嚴重限制了大規模商業應用。此外，單原子分散過渡金屬催化劑（如co-n-c）和過渡金屬化合物催化劑（如cose2等）在h2o2電合成中也有應用，雖可實現較高2e-orr選擇性，但制備過程大多需要數百攝氏度高溫熱處理和復雜分離提純，難以在工業規模下大批量快速生產。因此，開發可簡易宏量制備的催化材料，并實現高2e-orr選擇性和活性對提高電化學h2o2生產效率至關重要。
3、現有催化材料中，碳材料因其成本低廉、導電性高且結構可調的特點，開始在2e-orr領域備受關注。主要使用的碳材料包括炭黑、碳納米管、石墨烯、碳量子點等。然而，純碳材料因對氧還原反應中間體的吸附能力較弱，表現出較低的2e-orr選擇性和活性。雖然部分現有技術可以通過優化碳材料的電子結構和表面性質，提高其過氧化氫電合成的選擇性和催化活性，但是，一方面，高品質碳納米材料（如碳納米管、石墨烯）的生產依賴高能耗工藝和昂貴設備則推高了催化劑成本。另一方面，現有制備工藝在工業放大時面臨嚴峻挑戰，高溫碳化、化學氣相沉積等方法不僅能耗巨大，且涉及繁瑣的后處理步驟，難以保證產品質量的一致性。同時，由于部分工藝依賴精密設備，導致前期投資高、生產周期長、產率低。綜上，受限于高昂的制備成本、復雜的工藝流程以及低下的生產效率，現有高性能碳基催化劑難以滿足工業應用對投資回報率的要求，嚴重阻礙了h2o2電合成技術的產業化推廣。
技術實現思路
1、本發明的目的在于提供一種改性針狀焦催化劑及其制備方法與應用，利用低成本碳源和高效可控方法宏量制備碳基催化劑，克服現有碳材料在原料、工藝、環保和性能方面的不足，從而減少能源消耗和設備投資，推動h2o2電合成的工業應用。
2、本發明的技術方案如下：
3、一方面，提供一種改性針狀焦催化劑的制備方法，包括以下步驟：
4、s1：獲取針狀焦，并對其進行預處理，獲得預處理后的針狀焦；
5、s2：將所述預處理后的針狀焦進行球磨處理，獲得針狀焦納米顆粒；
6、s3：對所述針狀焦納米顆粒進行硝酸刻蝕處理，離心、洗滌、烘干，獲得所述改性針狀焦催化劑。
7、作為優選，步驟s1中，所述預處理包括粉碎處理和清洗處理，所述清洗處理用于去除所述針狀焦的表面油污及雜質。
8、作為優選，進行清洗處理時，采用丙酮和乙醇進行清洗。
9、作為優選，步驟s2中，進行球磨處理時，將所述預處理后的針狀焦與助磨劑進行混合，然后加入研磨介質進行研磨。
10、作為優選，所述助磨劑為堿金屬氯化物或堿土金屬氯化物。
11、作為優選，所述預處理后的針狀焦與助磨劑的質量比為1:2。
12、作為優選，步驟s2中，所述針狀焦納米顆粒的粒徑為100-500nm。
13、作為優選，步驟s3中，進行硝酸刻蝕處理時，將所述針狀焦納米顆粒置于30%硝酸溶液中，然后在60-80℃條件下攪拌3-7h。
14、另一方面，還提供一種采用上述任意一項所述的改性針狀焦催化劑的制備方法制備而成的改性針狀焦催化劑及其在過氧化氫電合成中的應用。
15、本發明的有益效果是：
16、1、本發明制備方法制備的催化劑可實現低成本簡便合成，催化劑合成階段無需經過高于100℃的高溫處理工藝；
17、2、在堿性或中性電解質中，本發明的改性針狀焦催化劑能夠展現出高于絕大多數改性碳材料的2e-orr選擇性，在較寬的電位范圍（0-0.4?v）內保持較高的兩電子路徑選擇性，h2o2選擇性可達85%，電子轉移數在2.2-2.3之間；
18、3、本發明改性針狀焦催化劑在寬電壓范圍內具有較高的能量轉化效率。在堿性介質條件下，利用h型電解池，在0.4v（vs?rhe）時，h2o2生產速率可達365?mmol?gcat-1h-1，法拉第效率（fe）高達90%，證明了催化劑具有優異的氧還原能力，是目前電合成h2o2性能最優的催化劑之一；
19、4、在長時間耐久性測試中，本發明改性針狀焦催化劑能在較高電流密度下保持12h以上性能不衰減，穩定性遠超同類型大多數催化劑，可滿足多種應用場景的實際需求；
20、5、鑒于本發明改性針狀焦催化劑優異的氧還原性能和廉價成本，本發明將為分散式合成h2o2提供一種極具前景的替代方法，促進綠色化工發展。
1.一種改性針狀焦催化劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的改性針狀焦催化劑的制備方法，其特征在于，步驟s1中，所述預處理包括粉碎處理和清洗處理，所述清洗處理用于去除所述針狀焦的表面油污及雜質。
3.根據權利要求2所述的改性針狀焦催化劑的制備方法，其特征在于，進行清洗處理時，采用丙酮和乙醇進行清洗。
4.根據權利要求1所述的改性針狀焦催化劑的制備方法，其特征在于，步驟s2中，進行球磨處理時，將所述預處理后的針狀焦與助磨劑進行混合，然后加入研磨介質進行研磨。
5.根據權利要求4所述的改性針狀焦催化劑的制備方法，其特征在于，所述助磨劑為堿金屬氯化物或堿土金屬氯化物。
6.根據權利要求4所述的改性針狀焦催化劑的制備方法，其特征在于，所述預處理后的針狀焦與助磨劑的質量比為1:2。
7.根據權利要求1-6中任意一項所述的改性針狀焦催化劑的制備方法，其特征在于，步驟s2中，所述針狀焦納米顆粒的粒徑為100-500nm。
8.根據權利要求1-6中任意一項所述的改性針狀焦催化劑的制備方法，其特征在于，步驟s3中，進行硝酸刻蝕處理時，將所述針狀焦納米顆粒置于30%硝酸溶液中，然后在60-80℃條件下攪拌3-7h。
9.一種改性針狀焦催化劑，其特征在于，采用權利要求1-8中任意一項所述的改性針狀焦催化劑的制備方法制備而成。
10.如權利要求9所述的改性針狀焦催化劑在過氧化氫電合成中的應用。