[發明專利]一種釕/碳雙殼層電解水催化劑及其制備方法

有效

• 申請號: 201810322271.7
• 申請日: 2018-04-11
• 公開（公告）號: CN108514877B
• 公開（公告）日: 2020-02-21
• 發明（設計）人: 劉仲毅;汪海洋;彭智昆;李保軍;張碩;吳記闖
• 申請（專利權）人: 河南鄭大催化技術研究院有限公司
• 主分類號: B01J23/46
• 分類號: B01J23/46;B01J35/08;C25B1/04;C25B11/04
• 代理公司: 鄭州豫開專利代理事務所(普通合伙) 41131
• 代理人: 張智偉

本發明屬于電解水催化劑制備技術領域，公開一種釕/碳雙殼層電解水催化劑及其制備方法。所述催化劑為空心球結構，該空心球的殼層為釕/碳雙殼層，且外殼層為碳，內殼層為Ru。采用St?ber法制備SiO₂納米球，用硅烷偶聯劑對SiO₂納米球進行修飾；以質量比計，SiO₂納米球∶RuCl₃=1~5∶2，將修飾后的SiO₂納米球、RuCl₃水熱反應制得SiO₂@RuO₂ L；在SiO₂@RuO₂ L外面包覆酚醛樹脂，制得SiO₂@RuO₂ L@酚醛樹脂；焙燒、HF溶液刻蝕，得到釕/碳雙殼層催化劑。本發明方法所制備出的釕/碳雙殼層催化劑，析氫反應（HER）催化活性高，穩定性好，同時成本低、易于產業化。

技術領域

本發明屬于電解水催化劑制備技術領域，具體涉及一種釕/碳雙殼層電解水催化劑及其制備方法。

背景技術

隨著傳統能源儲備日益枯竭，人類一直致力于新能源的開發。由于氫氣能量密度高，綠色無污染，可以作為優秀的能源載體。在各種制氫方法中，析氫反應（HER）是最經濟有效的方法。迄今為止，Pt基材料被認為是最有效的HER催化劑，其催化活性已成為判斷其他替代催化劑的試金石。但高成本和低動力學限制了它們的大規模生產和大規模商業應用。許多研究嘗試開發基于過渡金屬（包括Ni，Mo，Co基催化劑及其衍生物如-N，-C和-S）催化劑。不幸的是，沒有Pt的促進作用，上述具有固有腐蝕和氧化敏感性的催化劑不能從根本上解決對HER的低性能的問題。

近年來，由于多孔碳基材料具有高比表面、優異的導電性和良好的物理化學穩定性等特性，在電催化和能量轉化方面吸引了研究者的重視。即使如此，碳納米材料的催化活性仍然不足以與金屬基材料相媲美。因此，具有活性組分或金屬相調節和活化的碳基材料是改善催化活性的有吸引力的策略。例如，傳統的摻雜雜原子（N，P，S和B）方法可以調節碳骨架的電子和電化學性質，但對HER的增強效率仍然非常有限。雖然N摻雜碳與非貴金屬結合也進行了研究，但其內在活性（TOF）和/或質量比活性也遠低于Pt催化劑。因此，非常迫切需要采用更有效和適中的成本方法來調節和激活碳，以開發適用于HER的新型催化劑。

發明內容

為克服現有技術存在的不足之處，本發明的目的在于提供一種釕/碳雙殼層電解水催化劑及其制備方法。

為實現上述目的，本發明采取的技術方案如下：

一種電解水催化劑，所述催化劑為空心球結構，該空心球的殼層為釕/碳雙殼層，且外殼層為碳，內殼層為Ru。

制備方法，步驟如下：

（a）、采用St?ber法制備SiO₂納米球；

（b）、在無水條件下，以甲苯為溶劑，用硅烷偶聯劑對SiO₂納米球進行修飾；

（c）、將修飾后的SiO₂納米球、RuCl₃溶于混合溶劑I中，然后在100 ~ 200 ℃水熱反應10 ~ 24 h，分離，干燥，制得中間體I，標記為SiO₂@RuO₂ L；其中，以質量比計，SiO₂納米球∶RuCl₃=1~5∶2；混合溶劑I由無水乙醇與水按體積比1∶1~5組成，每100 mg RuCl₃，混合溶劑I的用量為35~45 mL；