一种用于碱性电析氢反应的钌纳米团簇催化剂及其制备方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115584536A(43)申请公布日2023.01.10(21)申请号202211297373.0(22)申请日2022.10.21(71)申请人无锡学院地址214105江苏省无锡市锡山区锡山大道333号(72)发明人李勇科王霞吴晓鹏王涛梁子怡(74)专利代理机构广州粤高专利商标代理有限公司44102专利代理师彭晓勤(51)Int.Cl.C25B11/093(2021.01)C25B1/04(2021.01)C25B9/23(2021.01)权利要求书1页说明书7页附图5页(54)发明名称一种用于碱性电析氢反应的钌纳米团簇催化剂及其制备方法(57)摘要本发明公开了一种用于碱性电析氢反应的钌纳米团簇催化剂及其制备方法。所述催化剂是钌氧化物以纳米团簇形式负载在碳载体上的复合材料，采用农业废弃物为原料制备碳载体，再与钌盐复合经热处理制得钌纳米团簇复合材料。所述钌纳米催化剂中的钌以氧化物纳米团簇的形式存在，纳米团簇的高分散性提高了钌原子利用率，使金属活性位点充分暴露，同时钌氧化物形式提高了催化剂吸附水分子和解离水分子的能力，提高了其电催化析氢活性。所述催化剂的制备过程中钌盐用量较低，且涉及的材料处理过程简单，可行性高。CN115584536ACN115584536A权利要求书1/1页1.一种用于碱性电析氢反应的钌纳米团簇催化剂，其特征在于，所述钌纳米团簇催化剂是钌氧化物以纳米团簇形式负载在碳载体上的复合材料。2.根据权利要求1所述钌纳米团簇催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1.将干燥的农业废弃物粉碎后与活性剂混合煅烧得到生物炭；S2.将S1.得到的生物炭在盐酸水溶液中搅拌、过滤、洗净得碳载体；S3.将钌盐分散在溶剂中，再加入S2.得到的碳载体混合分散均匀后旋蒸干燥得前驱体材料；S4.将S3.得到的前驱体材料进行热处理得到钌纳米团簇催化剂。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤S1.中，将干燥的农业废弃物粉碎后先与第一活性剂混合，再与第二活性剂混合，然后煅烧得到生物炭。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤S1.中，所述农业废弃物为水稻秸秆、玉米秸秆、小麦秸秆、油菜秸秆、高粱秸秆中的一种或几种。5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤S3.中，所述钌盐为三水合氯化钌和/或硝酸钌。6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤S3.中，所述碳载体和钌盐的质量比为10～100：1。7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述第一活性剂为碱式碳酸镁、氢氧化钾或氢氧化钠中的一种。8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述农业废弃物与第一活性剂的质量比为1：0.5～5。9.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述第二活性剂为二水合氯化锌和/或六水合硝酸锌。10.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述农业废弃物与第二活性剂的质量比为1：1～12。2CN115584536A说明书1/7页一种用于碱性电析氢反应的钌纳米团簇催化剂及其制备方法技术领域[0001]本发明属于电析氢催化剂技术领域，更具体地，涉及一种用于碱性电析氢反应的纳米团簇催化剂及其制备方法。背景技术[0002]目前，全球主流的能源依然是以化石能源为代表的一次能源。化石能源的使用带来了一系列复杂问题。第一，作为不可再生能源，化石能源的储量有限，无法满足人类社会的高质量可持续发展；第二，化石能源的大量使用造成了诸多环境问题，对全球生态系统构成了严重威胁。在此背景下，世界各国都积极努力的开发能够替代化石能源的新能源。在诸多新能源中，氢能由于其特殊的优势受到了广泛关注。首先，氢元素是宇宙中储量最丰富的元素，地球海水中的氢元素就能完全满足人类的使用；其次，氢能是零排放的环境友好型能源，氢能在使用的过程中仅生产无毒无害的水而不产生其它任何废弃物；最后，氢能是可再生的能源，氢能在使用过程中转化成水，而水可以通过太阳能等其它可再生能源产生的电能电解再生成氢气，如此构建成氢能的循环利用体系。但要构建氢能为核心的能源体系，首先要解决的是规模化制氢的难题。目前，主流的制氢方式为化石能源制氢法和电解水制氢法。前者技术成熟但消耗大量化石能源，而电解水制氢的设备简单，制得的氢气纯度高，可以满足燃料电池等能源器件的使用要求。相比于酸性条件电解水制氢，碱性条件下的电解水制氢工艺更成熟、成本更低。但碱性电解水依然面临阴极析氢催化剂活性低的问题。目前，铂基材料是活性最优的电析氢催化剂，但是铂的高成本限制了其规模化应用。[0003]钌作为铂的同族元素，由于对H*的吸附能力与铂接近，但价格远低于铂而受到了广泛关注。现有技术中通过将钌金属颗粒负载在多孔碳中获得的复合材料的电析氢活性接近P