[發明專利]一種S修飾氧空位限域RuC納米材料、其制備方法及應用

有效

• 申請號: 202010965922.1
• 申請日: 2020-09-15
• 公開（公告）號: CN112054218B
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發明（設計）人: 張守仁;郭瑩瑩;吳建麗;劉會利;孔維倩;楊保成
• 申請（專利權）人: 黃河科技學院
• 主分類號: H01M4/90
• 分類號: H01M4/90;H01M12/06;H01M12/08;B01J27/24;B01J27/22;C25B1/04;C25B11/091;B82Y40/00;B82Y30/00
• 代理公司: 鄭州聯科專利事務所(普通合伙) 41104
• 代理人: 張麗

本發明公開一種S修飾氧空位限域RuC納米材料、其制備方法及應用，從而在所有pH值下均能獲得有效的多組分雙功能催化劑。將氮源、硫源、貴金屬氯化釕加入去離子水中，超聲處理；所述氮源為三聚氰胺或尿素，所述硫源為N?乙酰?L?半胱氨酸、L?半胱氨酸、硫粉、硫代硫酸鈉或過硫酸鈉；將所得產物進行攪拌；干燥；將產物在研缽中研磨，待產物與三聚氰胺白色粉末完全融合后成黑灰色粉末；在保護氣體下升溫到550?1000℃，碳化120－240 min，然后自然冷卻至室溫，水洗、干燥，即得S修飾氧空位限域納RuC納米材料。本發明為構筑有效的多級次空間結構和多功能催化劑提供科學、可行的制備工藝和設計思路。

技術領域

本發明屬于無機納米材料化學及電化學領域，具體涉及一種S修飾氧空位限域RuC納米材料、其制備方法及應用。

背景技術

為了解決以化石燃料為基礎的能源相關的嚴重問題，迫切需要開發清潔和可再生能源替代品。在這方面，由于氫的高質量能量密度和無污染的性質，其被廣泛認為是最有前途的清潔能源之一。生產純氫最有希望的生態友好和經濟方式是通過電化學水分解。電催化水分解是用于工業級高效氫氣生成的廉價，清潔，可靠，穩定且負擔得起的技術之一。在酸性和堿性電解液中，基于Pt的催化劑對于水電解中的析氫反應（HER）最有效。考慮到Pt的高價和不令人滿意的效率，迫切需要低成本，高效且穩定的HER電催化劑來代替Pt。最近的努力集中在設計與商業Pt相比具有更高活性和耐久性的新型催化劑。

最近研究發現：貴金屬釕（Ru）經濟優勢（Ru比Pt便宜約3倍），出色的活性和催化劑的長期性能穩定性使其成為有前途的HER替代催化劑。眾所周知，HER效率與催化劑表面的金屬氫鍵（MH）的強度以及氫還原所需的超電勢密切相關。Ru-H鍵的吉布斯自由能（ΔG_H）與HER火山圖中心的最佳Pt-H鍵的吉布斯自由能非常接近。但是，即使Ru具有較高的電化學HER活性，它也很容易結塊，因為它具有比Pt40大得多的內聚能。

如何均勻分散納米顆粒進行了基底的研究，對于碳基質的研究開展較多，主要因為對于多孔碳材料的設計和制備中引入雜原子（氮、磷、硼等）之后，會改變電子結構和表面特性，從而增加其電化學活性。同時能賦予納米顆粒在碳基質上的均勻性，使活性部分分散，很好的保護活性位點，催化劑就可以在其碳基的保護下保持較好的循環穩定性壽命。如何使納米顆粒穩定性存在在碳基質上是設計高穩定性催化劑的關鍵。對于碳基質來說，多孔多缺陷位點是催化劑性能提高的關鍵，但是這些合成方法大多數涉及等離子體技術，氫氧化鉀（KOH）蝕刻，基于模板的碳化以及通過N摻雜相減進行邊緣重構，但是難以控制某些類型缺陷的綜合，只能產生“隨機”缺陷， 所以，非常需要開發一種簡單，便宜并且易于擴展的方法。

最近Li等人（Li W, Liu Y., et al, Adv Mater, 2018, 30, 1800676）報道了所制備的催化劑，通過將釕納米顆粒裝載到新型碳中，表現出優異的催化性能，過電勢為0mV，Tafel斜率為12 mV dec ^-1，在1 M KOH中具有出色的耐久性。另外，Ping和Chen等人（LuB, Guo L., et al, Nat Commun, 2019, 10, 631）制備了原子分散在多孔碳中的釕催化劑，該催化劑的催化性能明顯優于商品鉑催化劑。僅在12 mV的超電勢下達到1 M KOH中10mV cm ^-2的電流密度和0.1 M KOH中47 mV的電流密度。開發高活性，選擇性和低成本，操作簡單，穩定性高的新型多功能催化劑在電化學能源的轉換和存儲中具有重要的理論以及廣闊的前景。

發明內容

本發明目的在于提供一種S修飾氧空位限域RuC納米材料、其制備方法及應用。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種S修飾氧空位限域RuC納米材料的制備方法，其包括如下步驟：