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己二腈（ADN）是一种重要的化工产品，是生产橡胶的助剂、萃取芳烃的萃取剂，还可以作为农业除草剂等。工业上合成己二腈的方法有三种，其中丁二烯氢氰化法的原料氰化氢剧毒且催化剂的制备难度高，己二酸氨化脱水法则由于己二酸价格的攀升基本被淘汰。丙烯腈电解二聚法具有效率高、过程简单、对环境友好等特点。但电解过程中，阳极为析氧反应，存在电极易腐蚀，析氧电位高，电解液因缓蚀需要而组成复杂等缺点。氢氧化气体扩散阳极可以有效避免腐蚀，简化电解液组成，并显著降低槽电压，可以起到减少物质消耗节约电能消耗的双重作用。课题组前期研究了用于氢气氧化的纳米氧化钌（RuO2）电催化剂，考察了溶剂种类、水热反应温度、反应物浓度等制备条件对RuO2催化剂粒径、形貌的影响，研究了催化剂对氢气的电催化氧化性能，获得了对氢气电氧化具有一定催化作用的纳米RuO2催化剂。但是研究也发现该催化剂相较于铂碳催化剂活性不高，Ru的用量较多，且稳定性较差。为了解决这些问题，本课题以高比表面碳材料为载体，用溶剂热法制备出碳载钌基铑改性电催化剂，大幅度减少Ru的用量，通过掺杂改性和制备条件的优化显著提升催化剂对氢气电氧化的催化性能。从燃料电池工作原理出发，制备出用于氢氧化的气体扩散电极（Gas diffusion electrode，GDE）及电解装置，并在己二腈电合成方面得到了应用。对比形稳性阳极（Dimension stable anode，DSA）电极，GDE电极显著降低了阳极电极电势，避免电解液中使用缓蚀剂，具有节能降耗的作用。本文主要内容及结果如下：
（1）采用溶剂热法以不同的氯化钌（RuCl3）与活性炭（AC）质量比以及不同的煅烧温度制备出纳米碳载钌基电催化剂。采用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X-射线衍射（XRD）、X-光电子能谱（XPS）、比表面积及孔径（BET）等手段，分析纳米碳载钌基电催化剂的形貌、晶型结构和粒径大小；运用循环伏安扫描等电化学方法，研究催化剂的氢气电氧化性能。研究表明：催化剂颗粒呈不规则形状，粒径分布从几纳米到几十纳米。通过XRD和XPS综合分析可以得出催化剂中含有RuO2和Ru，是一种碳载多价态钌基催化剂，且不同的制备条件对RuO2和Ru粒径大小有着不同的影响。电化学测试研究表明，异丙醇溶剂中，氯化钌与活性炭质量比例为1：3，160℃溶剂热反应6小时，煅烧温度500℃，催化剂对氢气电催化的性能较好。
（2）通过对纳米碳载钌基催化剂进行铑掺杂，研究铑掺杂量和煅烧温度对催化剂性能的影响，进一步提升催化剂催化氢气电氧化的性能。研究表明：铑掺杂的催化剂形貌有了较大的改变呈现首尾交织的三维网状结构，粒径分布从几纳米到几十纳米。由XRD和XPS可以得出催化剂中含有RuO2、Ru和Rh，是一种碳载多价态钌铑复合催化剂。电化学测试表明，异丙醇体系下，氯化钌与活性炭质量比例为1：3，氯化钌掺杂量为10%，160℃溶剂热反应6小时，煅烧温度500℃，复合催化剂对氢气的电催化氧化性能相较于与掺杂前大幅提升68%，峰电流密度达到18.2mA/cm2。
（3）将改性纳米碳载钌基复合电催化剂制成气体扩散电极（GDE）应用在己二腈电合成中。通过设计正交试验分别优化传统无隔膜电解体系的电解液组成及电解工艺参数，得出最佳的电解条件为：电流密度1300mA·cm-2，温度30℃，流速0.33m/s，丙烯腈初始浓度8%，四丁基氢氧化铵浓度4%，pH为8，此时电流效率达到87.0%，丙烯腈转化率达到85.5%。与采用传统钛基涂层电极（DSA）进行对比发现，气体扩散电极使氢气阳极氧化电位下降了1V以上，避免DSA电极存在的腐蚀现象，达到节能降耗和减少副产物的目的。
（1）采用溶剂热法以不同的氯化钌（RuCl3）与活性炭（AC）质量比以及不同的煅烧温度制备出纳米碳载钌基电催化剂。采用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X-射线衍射（XRD）、X-光电子能谱（XPS）、比表面积及孔径（BET）等手段，分析纳米碳载钌基电催化剂的形貌、晶型结构和粒径大小；运用循环伏安扫描等电化学方法，研究催化剂的氢气电氧化性能。研究表明：催化剂颗粒呈不规则形状，粒径分布从几纳米到几十纳米。通过XRD和XPS综合分析可以得出催化剂中含有RuO2和Ru，是一种碳载多价态钌基催化剂，且不同的制备条件对RuO2和Ru粒径大小有着不同的影响。电化学测试研究表明，异丙醇溶剂中，氯化钌与活性炭质量比例为1：3，160℃溶剂热反应6小时，煅烧温度500℃，催化剂对氢气电催化的性能较好。
（2）通过对纳米碳载钌基催化剂进行铑掺杂，研究铑掺杂量和煅烧温度对催化剂性能的影响，进一步提升催化剂催化氢气电氧化的性能。研究表明：铑掺杂的催化剂形貌有了较大的改变呈现首尾交织的三维网状结构，粒径分布从几纳米到几十纳米。由XRD和XPS可以得出催化剂中含有RuO2、Ru和Rh，是一种碳载多价态钌铑复合催化剂。电化学测试表明，异丙醇体系下，氯化钌与活性炭质量比例为1：3，氯化钌掺杂量为10%，160℃溶剂热反应6小时，煅烧温度500℃，复合催化剂对氢气的电催化氧化性能相较于与掺杂前大幅提升68%，峰电流密度达到18.2mA/cm2。
（3）将改性纳米碳载钌基复合电催化剂制成气体扩散电极（GDE）应用在己二腈电合成中。通过设计正交试验分别优化传统无隔膜电解体系的电解液组成及电解工艺参数，得出最佳的电解条件为：电流密度1300mA·cm-2，温度30℃，流速0.33m/s，丙烯腈初始浓度8%，四丁基氢氧化铵浓度4%，pH为8，此时电流效率达到87.0%，丙烯腈转化率达到85.5%。与采用传统钛基涂层电极（DSA）进行对比发现，气体扩散电极使氢气阳极氧化电位下降了1V以上，避免DSA电极存在的腐蚀现象，达到节能降耗和减少副产物的目的。