[發明專利]一種限域負載釕納米團簇的氮化鎢納米多孔薄膜一體化電極及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202011424235.5
• 申請日: 2020-12-08
• 公開（公告）號: CN112680745B
• 公開（公告）日: 2021-12-31
• 發明（設計）人: 范修軍;劉靜;張獻明
• 申請（專利權）人: 山西大學
• 主分類號: C25B11/031
• 分類號: C25B11/031;C25B11/054;C25B11/081;C25B1/04;C25D11/26;B22F9/24;B22F1/00;C23C16/34
• 代理公司: 山西五維專利事務所(有限公司) 14105
• 代理人: 何翠霞

1.一種限域負載釕納米團簇的氮化鎢納米多孔薄膜一體化電極的制備方法，其特征在于：先合成氧化鎢納米多孔薄膜，然后將其作為載體，通過水熱法將釕納米團簇限域負載在氧化鎢納米多孔孔道及鏤空孔壁內，再通過化學氣相沉積法一步合成限域負載釕納米團簇的氮化鎢納米多孔薄膜一體化電極，且具有穩定的結構形貌；

具體包括以下步驟：

(1)陽極處理：將20-320平方毫米的鎢箔分別用丙酮、無水乙醇和去離子水超聲清洗，除去表面的有機物，氮氣吹干；將清洗后的鎢箔作為陽極，鉑片作為陰極，陰陽極表面積比例控制在1:1-6:1之間，采用10-70V直流恒壓電源在溶有0.15-0.3mol/L 草酸 、0.1-0.3mol/L Na₂SO₄和0.01-0.03mol/L NaF的電解液中陽極氧化10-100分鐘，用流動去離子水清洗后用氮氣吹干，得到陽極納米多孔氧化鎢；

(2)于氧化鎢納米多孔中限域負載釕納米團簇：將0.4-2mg RuCl₃·3H₂O溶于去離子水溶劑中，將磁力攪拌子沉于溶劑底部，將步驟(1)中得到的納米多孔氧化鎢放于立方銅籠中且懸浮于溶劑中上部，在磁力攪拌器上于空氣氣氛及室溫下攪拌1-6h混合均勻，接著將溶液及納米多孔氧化鎢轉移到反應釜中封裝好，放入100-200℃的烘箱中加熱5-20h，然后在烘箱中程序降溫至室溫；取出納米多孔氧化鎢并用無水乙醇、去離子水洗滌，干燥；

(3)CVD氮化反應：將步驟(2)中得到的納米多孔氧化鎢放在CVD管式爐的石英管中央，設置爐溫為500-900℃，通入氬氣和氨氣，總氣壓為0.25-0.4KPa進行氮化反應，反應時間0.5-3h，然后在保持氬氣氣氛下，自然冷卻到室溫，得到限域負載釕納米團簇的氮化鎢納米多孔薄膜一體化電極。

2.根據權利要求1所述的一種限域負載釕納米團簇的氮化鎢納米多孔薄膜一體化電極的制備方法，其特征在于：所述反應釜為具有聚四氟乙烯材質襯底的反應釜。

3.根據權利要求1所述的一種限域負載釕納米團簇的氮化鎢納米多孔薄膜一體化電極的制備方法，其特征在于：在CVD氮化反應過程中，氨氣為反應氣，爐溫在氬氣、氨氣存在下勻速升溫至500-900℃。

4.根據權利要求1所述的一種限域負載釕納米團簇的氮化鎢納米多孔薄膜一體化電極的制備方法，其特征在于：在CVD氮化反應過程中，氬氣氣體流量為50-200sccm，氨氣氣體流量10-100sccm。

5.根據權利要求1所述的一種限域負載釕納米團簇的氮化鎢納米多孔薄膜一體化電極的制備方法，其特征在于：在CVD氮化反應過程中，所述反應時間為3h。

6.根據權利要求1所述的一種限域負載釕納米團簇的氮化鎢納米多孔薄膜一體化電極的制備方法，其特征在于：所述步驟(2)中RuCl₃·3H₂O與去離子水的質量體積比為1:6-30mg/ml。

7.一種權利要求1～6任一項所述的制備方法制得的限域負載釕納米團簇的氮化鎢納米多孔薄膜一體化電極。

8.一種權利要求7所述的限域負載釕納米團簇的氮化鎢納米多孔薄膜一體化電極在酸性電解水中催化析氫以及堿性電解水中催化析氫的應用。

9.根據權利要求8所述的應用，其特征在于，包括以下步驟：使用三電極體系在電化學工作站上進行電化學測量；使用封口膜和導線將一體化電極封裝，直接用作工作電極。