[發明專利]釕基催化劑及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202010631274.6
• 申請日: 2020-07-03
• 公開（公告）號: CN111939941B
• 公開（公告）日: 2022-12-09
• 發明（設計）人: 張震;姜誠;李輝;王海江
• 申請（專利權）人: 南方科技大學
• 主分類號: B01J27/045
• 分類號: B01J27/045;B01J37/20;C25B1/04;C25B11/065;C25B11/075
• 代理公司: 深圳中一聯合知識產權代理有限公司 44414
• 代理人: 郝文婷

本發明屬于電化學催化技術領域，具體涉及一種釕基催化劑及其制備方法和應用。本發明釕基催化劑包括碳納米片以及負載于碳納米片表面的RuS₂，屬于一種負載型催化劑。由于碳納米片具有較大的比表面積，通過在碳納米片上負載RuS₂顆粒，可使RuS₂顆粒的分散度較高，提供更多的活性位點。本發明提供的釕基催化劑的成本顯著低于Pt/C催化劑，不僅具有較高的催化活性，在酸性溶液和堿性溶液體系中均表現出優異的電化學析氫性能，有望代替商業用Pt/C催化劑，具有良好的應用前景。

技術領域

本發明屬于電化學催化技術領域，具體涉及一種釕基催化劑及其制備方法和應用。

背景技術

隨著傳統化石能源的不斷消耗，以及環境問題的日趨嚴重，研究開發高效、低廉、可持續、清潔新能源變得刻不容緩。氫能具有無污染、可再生、能量密度高等優點，是最理想的綠色能源載體。目前工業上制氫方法主要為甲烷蒸汽重組、煤氣法和電解水制氫，前兩種依然依靠不可再生礦物原料，而且反應條件苛刻，耗能過高，并伴隨大量的溫室氣體產生。電解水是最理想的制氫手段，其所需電能亦可通過風能、太陽能、潮汐能等可再生資源產生，轉換效率高，而且所產氫氣純度更高，無其他氣體的排放。

電解水裝置的陰極反應為析氫(hydrogen evolution reaction，HER)過程，其受限于較大的過電位和緩慢的動力學過程，需要高效的電催化劑。無論是在酸性還是堿性電解液中，鉑(Pt)是公認的最優異的析氫催化劑，然而昂貴的價格和稀缺的資源嚴重限制了Pt基催化劑在電解水制氫領域的推廣。因此，尋找開發具有高活性、高穩定性且成本價格相對低廉的析氫催化劑變得尤為重要。作為Pt族元素中最便宜的元素，釕(Ru)具有與Pt類似的氫結合能(65kcal mol^-1)，所以Ru基催化劑有望成為代替Pt作為電解水析氫領域的新型催化劑。

發明內容

本發明的目的是提供一種釕基催化劑及其制備方法和應用，旨在解決現有貴金屬催化劑存在的成本較高的技術問題。

為了實現上述發明目的，本發明采用的技術方案如下：

本發明一方面提供了一種釕基催化劑，其包括碳納米片以及負載于所述碳納米片表面的RuS₂。

本發明另一方面提供一種釕基催化劑的制備方法，其包括如下步驟：

提供二甲基亞砜、堿性溶液和釕源；

將所述二甲基亞砜與所述堿性溶液進行混合處理和加熱處理后，經干燥處理，得到硫摻雜碳納米片；

所述硫摻雜碳納米片和所述釕源分散于溶劑中，經干燥處理和退火處理，得到所述釕基催化劑。

本發明再一方面提供上述釕基催化劑或上述釕基催化劑的制備方法制備得到的釕基催化劑在電解水制氫中的應用。

本發明提供的釕基催化劑包括碳納米片以及負載于碳納米片表面的RuS₂顆粒，屬于一種負載型催化劑。該釕基催化劑通過在碳納米片表面負載RuS₂顆粒，由于碳納米片具有較大的比表面積，可使RuS₂顆粒的分散度較高，提供更多的活性位點。同時，本發明提供的釕基催化劑的成本顯著低于Pt/C催化劑，不僅具有較高的催化活性，在酸性溶液和堿性溶液體系中均表現出優異的電化學析氫性能，有望代替商業用Pt/C催化劑，具有良好的應用前景。