[發(fā)明專利]一種用作電催化劑的釕鈷合金納米顆粒、其制備方法和應用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610888514.4
• 申請日: 2016-10-11
• 公開（公告）號: CN106378449B
• 公開（公告）日: 2019-05-14
• 發(fā)明（設計）人: 陳乾旺;蘇建偉
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: B22F1/02
• 分類號: B22F1/02;B22F9/24;C25B1/04;C25B11/08;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 趙青朵

本發(fā)明提供了一種釕鈷合金納米顆粒、其制備方法和應用，該方法將水溶性釕鹽與鈷氰酸鈷在水中混合攪拌，得到釕摻雜的鈷氰酸鈷前驅(qū)體；將所述釕摻雜的鈷氰酸鈷前驅(qū)體在氮氣或惰性氣體氣氛中退火，得到釕鈷合金納米顆粒。本發(fā)明所述釕鈷合金納米顆粒具有納米尺度的碳包覆金屬的復合結(jié)構(gòu)，其外層殼主要成分是碳，內(nèi)部的金屬是釕鈷合金。本發(fā)明所述釕鈷合金納米顆粒成本較低，并且具有突出的催化活性和循環(huán)穩(wěn)定性。實驗結(jié)果表明，本發(fā)明提供的這種材料在強堿性溶液中進行析氫電催化反應表現(xiàn)出極佳的催化活性，超越了商用的Pt/C電催化劑，并且連續(xù)循環(huán)10000次之后催化性能并沒有明顯下降，穩(wěn)定性高，具有非常好的電化學催化實用前景。

技術領域

本發(fā)明涉及電催化劑技術領域，尤其涉及一種釕鈷合金納米顆粒、其制備方法和應用。

背景技術

氫能源是環(huán)境友好的清潔能源，由于能量密度高、零排放和資源豐富等優(yōu)點，其被認為是未來最有希望的化石能源替代物，具有廣闊的市場發(fā)展前景。然而，目前工業(yè)制氫不僅依賴于消耗化石能源，還會排放出溫室氣體二氧化碳造成環(huán)境污染。目前，電解水是一種可行的制氫技術，可以取代工業(yè)制氫。其中，酸性析氫缺少便宜高效的對電極進行析氧，因此，在堿性介質(zhì)下電解水析氫是最有可能形成產(chǎn)業(yè)化制氫的技術。但是，電解水需要較高的過電位，會造成大量的能量消耗，因此需要高效且穩(wěn)定的電催化劑來降低所需的過電位。由此可見，尋找高效且廉價的堿性HER(電解水析氫反應)電催化劑具有重要的研究價值和應用價值。

目前而言，貴金屬鉑Pt是最好的HER電催化劑，但是昂貴的價格限制了它的廣泛應用。過渡金屬價格較低，具有一定的電催化活性，但是這類材料的活性以及穩(wěn)定性都遠遠落后于貴金屬Pt基催化劑，遠遠不能滿足產(chǎn)業(yè)化應用所需的要求。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本申請?zhí)峁┮环N釕鈷合金納米顆粒、其制備方法和應用，本發(fā)明提供的釕鈷合金納米顆粒作為電催化劑，具有高催化活性和高穩(wěn)定性，且成本較低。

本發(fā)明提供一種釕鈷合金納米顆粒，其具有外層碳基殼包覆內(nèi)部釕鈷合金的復合結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，所述碳基殼由多層石墨烯層構(gòu)成。

優(yōu)選地，所述石墨烯層的層數(shù)為5～20層。

優(yōu)選地，所述碳基殼摻雜有氮。

優(yōu)選地，所述釕鈷合金中釕的質(zhì)量含量大于0且小于等于4.5％。

本發(fā)明提供一種釕鈷合金納米顆粒的制備方法，包括以下步驟：

將水溶性釕鹽與鈷氰酸鈷在水中混合攪拌，得到釕摻雜的鈷氰酸鈷前驅(qū)體；

將所述釕摻雜的鈷氰酸鈷前驅(qū)體在氮氣或惰性氣體氣氛中退火，得到釕鈷合金納米顆粒，其具有外層碳基殼包覆內(nèi)部釕鈷合金的復合結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，所述水溶性釕鹽為氯化釕。

優(yōu)選地，將鈷氰酸鈷分散在水中，與水溶性釕鹽水溶液混合攪拌，得到釕摻雜的鈷氰酸鈷前驅(qū)體；

所述水溶性釕鹽水溶液的濃度為0.01g/mL；所述水溶性釕鹽水溶液與鈷氰酸鈷的體積質(zhì)量之比為(0.001～3.5)mL：25mg。

本發(fā)明提供一種電化學產(chǎn)氫的方法，包括以下步驟：

采用電催化劑在堿性溶液中電催化分解水反應，產(chǎn)出氫氣；

所述電催化劑為上文所述的釕鈷合金納米顆粒。

優(yōu)選地，使用三電極體系，采用電催化劑在堿性溶液中電催化分解水反應；所述三電極體系包括對電極、參比電極和工作電極；

所述堿性溶液為濃度為1M的KOH溶液；所述電催化劑在工作電極上的負載量為0.2～0.3mg/cm²。