[發(fā)明專利]一種釕單質(zhì)修飾的硫摻雜石墨烯二維材料及其制備與應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911258464.1
• 申請(qǐng)日: 2019-12-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111068717B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-10-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王寧;高旭云;張亞鴿
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西北大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J27/02
• 分類號(hào): B01J27/02;B01J37/34;B01J37/08;C25B1/04;C25B11/06
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 郭瑤

一種釕單質(zhì)修飾的硫摻雜石墨烯二維材料及其制備與應(yīng)用，將RuCl₃·6H₂O和氧化石墨烯加入去離子水中，調(diào)節(jié)pH值為0～6，超聲震蕩分散均勻，然后冷凍干燥除去溶劑，得到固體；將固體在惰性氣氛下高溫焙燒，冷卻到室溫后，酸浸，水洗，干燥，得到釕單質(zhì)修飾的硫摻雜石墨烯二維材料。本發(fā)明所制備的釕單質(zhì)修飾的硫摻雜石墨烯二維材料具有良好的導(dǎo)電性，釕單質(zhì)作為活性中心分布均勻；此類釕單質(zhì)修飾的硫摻雜石墨烯二維材料可作為電催化水分解析氫催化劑，具有過(guò)電位低、催化性活性高、催化壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種二維材料，具體涉及一種釕單質(zhì)修飾的硫摻雜石墨烯二維材料及其制備與應(yīng)用。

背景技術(shù)

氫能被認(rèn)為是21世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿Φ亩文茉础湓刈鳛樽匀唤绱嬖谧顬槠毡榈脑兀哂凶罡叩谋饶芰棵芏龋哌_(dá)142.35kJ·kg^-1，每千克氫氣燃燒后產(chǎn)生的能量，約為汽油燃燒后的3倍，酒精燃燒后的3.9倍，焦炭燃燒后的4.5倍；其次，氫氣燃燒的產(chǎn)物水又是制備氫氣的原料，可以實(shí)現(xiàn)資源的循環(huán)利用，在此過(guò)程中不產(chǎn)生任何的溫室氣體和污染物。因此，氫氣作為一種清潔的能源載體，對(duì)解決能源與污染問(wèn)題具有重要意義。而開(kāi)發(fā)高效的、穩(wěn)定的水分解制氫催化劑至關(guān)重要。

對(duì)于電解水制氫，如何提高電極催化材料的活性，降低析氫過(guò)電位，以及提高電極材料的穩(wěn)定性是電催化領(lǐng)域研究的重點(diǎn)和關(guān)鍵。石墨烯是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的二維碳納米材料，由于其良好的力學(xué)性能、質(zhì)輕及高的導(dǎo)電性等特性，在催化、能量存儲(chǔ)和電子器件等領(lǐng)域等方面具有重要的應(yīng)用前景，被認(rèn)為是一種未來(lái)革命性的材料。眾所周知，金屬釕具有合適的金屬-氫吸附和脫附能力，基于金屬釕的電催化劑在電催化析氫反應(yīng)中顯示出良好的催化活性和穩(wěn)定性。

迄今為止，基于金屬釕的電催化析氫材料仍存在較多問(wèn)題，其一是電極的穩(wěn)定性和可循環(huán)性問(wèn)題，特別是堿性溶液中較差的穩(wěn)定性，降低了催化劑的催化效率；其二是已報(bào)導(dǎo)的電極材料仍具有較高的過(guò)電位，其三是目前的電極材料制備方式較為復(fù)雜。因此，如何設(shè)計(jì)和制備具有高催化活性和良好的穩(wěn)定性的電催化水分解析氫材料是當(dāng)前亟待解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種釕單質(zhì)修飾的硫摻雜石墨烯二維材料及其制備與應(yīng)用。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：

一種釕單質(zhì)修飾的硫摻雜石墨烯二維材料的制備方法，包括以下步驟：

1)將RuCl₃·6H₂O和氧化石墨烯加入去離子水中，用硫酸調(diào)節(jié)pH值為0～6，超聲震蕩分散均勻，然后冷凍干燥除去溶劑，得到固體；

2)將固體在惰性氣氛下高溫焙燒，冷卻到室溫后，酸浸，水洗，干燥，得到釕單質(zhì)修飾的硫摻雜石墨烯二維材料。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，步驟1)中，RuCl₃·6H₂O和氧化石墨烯的質(zhì)量比為1：2～10。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，pH值為1～3。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，超聲震蕩的時(shí)間為3～4個(gè)小時(shí)。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，RuCl₃·6H₂O和氧化石墨烯的質(zhì)量比為1：4。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，步驟1)中，氧化石墨烯與水的比例為10～30mg：10～30mL。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，氧化石墨烯與水的比例為20mg：10mL。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，步驟1)中，超聲震蕩的時(shí)間為2～6個(gè)小時(shí)。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，步驟2)中，惰性氣氛為氮?dú)狻鍤饣蚝狻?/p>