[发明专利]一种磷化物的析氢反应电催化剂与制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种磷化物的析氢反应电催化剂与制备方法及应用，析氢反应电催化剂组成分子式为RuP。通过在金属钌(Ru)中掺入P元素形成RuP从而提高金属Ru的析氢反应电化学性能。RuP材料在广泛的pH溶液中具有优异的析氢反(HER)催化性能和长期稳定性在电导率，而且相比于金属Ru，其10mAcm^‑2对应的过电位，塔菲尔斜率，交换电流密度都有明显的提高，更重要的是活性和稳定性都优于商业化的贵金属氧化物Pt/C催化剂。本发明中的这种催化剂制备方法操作简单，易于大规模生产，可广泛应用于电解水这种能源存储与转换技术，具有较高的实用价值。

技术领域

本发明属于电化学催化剂领域，涉及一种磷化物析氢反应电催化剂及其制备方法和应用，可用于电解水这种能源存储与转换技术的电催化剂。

背景技术

当今世界，能源问题是人类社会发展的关键问题。随着化石能源的过渡使用，全球变暖、温室效应、空气污染等环境和污染问题变得日益严峻。为了实现人类的可持续发展，开发和利用经济、高效、洁净的新能源是21世纪世界能源科技的主题。目前，太阳能、风能和潮汐能等可再生能源备受世界关注，然而这些新能源发电属于不可控电源，存在间歇性和不稳定性等缺点。发展先进的电化学能源存储与转换技术，如燃料电池、金属-空气电池、电解水等，是解决问题的根本途径。

其中，电化学水解制氢是一种有效的且备受关注的方法，但其阴极析氢反应(HER)受到迟缓动力学的严重限制。因此，其需要催化剂来加速反应。但是，目前最为高效的催化剂依然是铂族的贵金属催化剂。贵金属的高价及稀缺等缺点又严重限制了其大力发展。

所以，为了提高电解水的电化学效率，寻找性能优越的阴极析氢催化剂以尽可能地降低成本，是电解水研究的难点，也是热点问题。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种一磷化钌析氢反应电催化剂及其制备方法和应用，来改善现有最好的析氢反应电催化剂(Pt/C)价格昂贵和稳定性差等问题。该催化剂与Pt/C相比，不仅具更卓越的的氢析出(HER)催化性能和长期稳定性，而且还具有成本相对低廉和制备方法简单等优点。

本发明的第一个方面，提供了为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种一磷化钌的析氢反应电催化剂，所述析氢反应电催化剂组成分子式为RuP。

本发明的第二个方面，提供了一种析氢反应电催化剂的制备方法。所述制备方法是将RuCl₃·3H₂O通过低温磷化反应制备得到。

优选的，所述的制备方法，具体步骤如下：

将RuCl₃·3H₂O和NaH₂PO₂分别放在管式炉的下游和上游；

然后进行低温反应，得到所需析氢反应电催化剂。

该方法步骤简单，适合工业化大规模制备。

优选的，NaH₂PO₂和RuCl₃·3H₂O的质量比为5-10:1。

优选的，所述的RuCl₃·3H₂O和NaH₂PO₂的距离相距5-10cm且中间位于炉子正中间，所述的低温反应过程的条件是400-500℃处理1-5h，氛围是惰性气氛，包括但不限于氩气，氮气，氦气。

本发明的第三个方面，提供了一种析氢反应电催化剂的测试电解液pH范围，所述析氢反应电催化剂的电解液pH范围是0-14。

本发明的第四个方面，提供了一种析氢反应电催化剂在电解水中的应用，所述电解水阳极催化剂是氧化钌，所述电解水装置中的电解液是1M KOH。