[发明专利]一种钌-二氧化钼纳米结的制备方法及其用途

说明书

本发明公开了一种钌‑二氧化钼纳米结的制备方法及其用途，以贵金属钌修饰的钼基金属有机框架材料作为前驱体制备二氧化钼负载的钌纳米结，得到具有高活性和高稳定性的电化学析氢催化剂。本发明通过构建纳米结实现了贵金属用量的降低，获得了酸碱介质中均高活性且稳定的电化学析氢催化剂，在提升催化剂性能的同时降低了贵金属的用量，具有良好的电催化实用前景。

技术领域

本发明涉及一种纳米结，具体地说是一种钌-二氧化钼纳米结的制备方法及其用途，属于电催化剂技术领域。

背景技术

氢能源是一种零排放的能源，具有能量密度高和来源丰富等优点。由于能源危机和环境污染等问题日益严重，氢能被认为是最有潜力的化石能源替代物。与现有的工业制氢技术相比，电解水产氢不仅无污染，而且具有高效持续的能源转换效率。水的电解在碱性和酸性介质中均可进行，其中使用质子交换膜的碱性析氢已实现商业化应用。然而，电解水需要较高的过电位进而会产生大量的能量消耗，高效稳定的电催化剂能够降低电解水的过电位，因此开发酸性和碱性介质中均能高效析氢的催化剂对现有的工业化技术有重要的研究和应用价值。

铂、钯等贵金属具有良好的电催化水分解性能，但是昂贵的价格和稀缺的储量严重阻碍了它们的大规模工业化应用。过渡金属虽具有一定的电催化活性，但活性及稳定性远不如贵金属基催化剂，不能满足产业化需求。之前的研究表明，将两种不同的材料构建纳米结能够调节界面处的费米能级，进而促进电荷的转移，提高材料的催化性能。纳米结的存在能够促进催化剂表面电荷极化；促进电活性物种更容易吸附；有利于提供电催化过程中的离子扩散路径，促进电荷转移；降低中间物种和产物能垒和促进中间物种的转移。因此，使用少量的贵金属与合适的载体构成纳米结，不仅能够降低催化剂的成本，同时还能显著提升催化活性。

发明内容

本发明旨在提供一种钌-二氧化钼纳米结的制备方法及其用途，以贵金属钌修饰的钼基金属有机框架材料作为前驱体制备二氧化钼负载的钌纳米结，得到具有高活性和高稳定性的电化学析氢催化剂。在提升催化剂性能的同时降低了贵金属的用量，具有良好的电催化实用前景。

本发明通过构建纳米结实现了贵金属用量的降低，获得了酸碱介质中均高活性且稳定的电化学析氢催化剂。

本发明钌-二氧化钼纳米结的制备方法，是在液相中制备钌修饰的钼基金属有机框架材料并在氮气氛围中退火处理，包括如下步骤：

1、将50mg钼-均苯三甲酸配合物颗粒分散在30mL无水乙醇中，随后加入0-4.4mL浓度0.01g/mL的RuCl₃溶液，磁力搅拌12小时后离心并真空干燥获得钌修饰的Mo-btc前驱体；

2、将钌修饰的Mo-btc前驱体置于管式炉中，在氮气气氛中升温至700℃并保温3小时，冷却至室温，获得二氧化钼负载的钌纳米结(即钌-二氧化钼纳米结)。

所述钼-均苯三甲酸配合物的分子式为Mo₃(btc)₂，以下简记为Mo-btc，其制备方法为本领域公知方法。例如可将六羰基钼与均苯三甲酸溶解在N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，之后以氩气作保护气回流制备钼-均苯三甲酸配合物(Kramer M,Schwarz U,KaskelS.Synthesis and properties of the metal-organic framework Mo ₃(BTC)₂(TUDMOF-1)[J]Journal of MaterialsChemistry,2006,16(23):2245-2248.)。

步骤2中管式炉的升温速率设置为5℃/分钟。

本发明通过调节氯化钌的加入量，可以调节材料的电催化性能，量过高或过低都会引起材料性能的下降，其中加入2.2ml的样品性能最佳。当氯化钌的加入量为零时，产物为二氧化钼。