[发明专利]一种硫化钌颗粒复合材料、其制备方法及用途

说明书

本发明公开了一种硫化钌颗粒复合材料，包括导电基底材料和生长于导电基底材料上的硫化钌颗粒。本发明还公开了所述硫化钌颗粒复合材料的制备方法和其用于电解水析氢阴极材料的用途。

技术领域

本发明属于无机先进材料技术领域，具体涉及一种硫化钌颗粒复合材料的制备方法及用途。

背景技术

化石资源的不断开发和利用加快了社会的发展，给人们带来了很多利益同时也对社会的可持续发展提出了巨大的挑战。能源危机、环境污染等问题的日益加剧，使得人们不得不大力开发清洁能源。氢能作为一种新型的清洁能源，由于其存储能能量密度高、二氧化碳零排放、地球储量大等优点而受到广泛关注。电解水制氢工艺简单，技术路线成熟，是一种可靠的能大批量生产氢能方法。但是目前在电解水制氢行业应用最多的电极催化剂材料还是铂基材料，由于铂的储量有限且价格昂贵，使得其大规模应用受到限制。非贵金属材料储量丰富且价格低廉，近十几年里，科研工作者在非贵金属材料替代铂基材料上做了很多努力，但是目前绝大多数的非贵金属材料只能在一种条件(如中性、酸性或者碱性之一条件)下工作且稳定性不好，催化性能衰减极快，析氢效率低，因此目前非贵金属催化剂还不能满足工业应用的要求。钌作为一种过渡态的贵金属元素，其价格只有铂的1/25左右，通过调控可以实现含钌材料具有类似金属铂的性能，且可以在中性、酸性或者碱性条件下稳定工作。含钌材料有望替代铂在催化析氢领域的应用。

发明内容

本发明首次利用一步溶剂热法制备出具有超高活性及稳定性的硫化钌纳米颗粒复合电极材料，并用其作为电极材料于电解水制氢，表现出优越的性能。

本发明的技术方案如下：

本发明第一方面公开了一种硫化钌颗粒复合材料，包括导电基底材料和生长于导电基底材料上的硫化钌颗粒。

优选地，所述导电基底材料为碳材料。

优选地，所述碳材料为石墨烯材料。

优选地，所述的硫化钌纳米颗粒为非晶态。

优选地，所述硫化钌颗粒为纳米颗粒。

优选地，所述纳米颗粒的粒径分布为1-500nm，更优选为20-50nm。

本发明第二方面公开了所述的硫化钌颗粒复合材料制备方法，包括如下步骤：将导电基底材料加入含有钌源和硫化剂的溶液中，密闭升温并在自生压力下进行溶剂热反应，反应结束后分离干燥即得到所述的硫化钌颗粒复合材料。

优选地，所述导电基底材料为石墨烯材料；所述钌源为氯化钌、硫酸钌或硝酸钌一种或几种；所述硫化剂为硫化钠，硫脲，硫代乙酰胺或硫磺一种或几种；所述含有钌源和硫化剂的溶液使用的溶剂为水、醇或其混合物。

优选地，所述溶剂热反应的条件为：温度为80-300℃，反应时间为15分钟-24小时。

本发明第三方面公开了所述硫化钌颗粒复合材料用于电极材料的用途。

优选地，所述硫化钌颗粒复合材料用于电解水析氢阴极材料的用途。

本发明的有益效果：

1、本发明的硫化钌颗粒复合材料为首次制备出，如图1所示。硫化钌与基底紧密结合，提高了材料的稳定性；同时由于硫化钌颗粒为非晶态，其结构为长程无序，可以暴露较多的活性位点用于电化学反应，提高了电化学反应效率。优选硫化钌颗粒为纳米颗粒。当硫化钌纳米颗粒为纳米颗粒时可以暴露更多的活性位点用于电化学反应，电化学反应效率可以提高更多。

2、本发明的硫化钌颗粒复合材料的基底为导电的石墨烯材料。该复合材料价格低廉，在酸性、中性或碱性条件下用于电解水析氢的阴极材料都表现出优越的性能，有望取代铂基材料在电极材料中的应用。