[发明专利]一种电析氢催化剂及其制备方法

说明书

本申请属于催化剂技术领域，具体涉及一种电析氢催化剂及其制备方法。本申请提供了一种电析氢催化剂及其制备方法；电析氢催化剂包括碳纳米管、钌纳米粒子、铂原子，铂原子负载于钌纳米粒子上，钌纳米粒子负载于碳纳米管上；钌纳米粒子与铂原子相互协同，促进氢还原和氢气生成析出；且碳纳米管良好的导电性使得打破强H‑O‑H共价键的能量更多，促进氢还原和氢气生成析出；同时，钌纳米粒子、铂原子不易流失，能够长时间的电析氢催化剂维持稳定性；本申请提供的一种电析氢催化剂及其制备方法可以解决铂碳电析氢催化剂在碱性环境下分解水制备氢气活性低，无法高效率分解水制备氢气以及稳定性低的技术问题。

技术领域

本申请属于催化剂技术领域，具体涉及一种电析氢催化剂及其制备方法。

背景技术

氢能源以其高燃烧率、燃烧产物洁净以及用途多样化等突出优点，被认为是解决能源危机和环境污染的有效方法，而通过电化学分解水大规模制备氢气是提供氢能源的有效途径。

铂碳等电析氢催化剂具有极佳的H*吸附能力，能够促进氢还原和氢气生成析出，因此，铂碳电析氢催化剂在酸性环境下分解水制备氢气的效率高；但由于碱性环境下不存在H*，需要额外的能量来分解水分子，打破强H-O-H共价键，从而产生质子形成M-H*；同时，在分解水分子过程中，OH*的吸附与H*吸附存在竞争，导致氢还原和氢气生成析出能力变弱；因此，与在酸性环境下分解水制备氢气相比，铂碳等电析氢催化剂在碱性环境下分解水制备氢气活性低，无法高效率分解水制备氢气；且现有铂碳等电析氢催化剂在碱性环境下还存在稳定性低的缺陷。

发明内容

有鉴于此，本申请提供了一种电析氢催化剂及其制备方法，可以解决电析氢催化剂在碱性环境下分解水制备氢气活性低，无法高效率分解水制备氢气以及稳定性低的技术问题。

本申请第一方面提供了一种电析氢催化剂，所述电析氢催化剂包括碳纳米管、钌纳米粒子、铂原子；

所述铂原子负载于所述钌纳米粒子上；

所述钌纳米粒子负载于所述碳纳米管上。

优选的，所述铂原子的负载量为1％。

需要说明的是，由于铂原子粒径小，表面能大，所以当负载量过多时，如2％，非常容易发生团聚，造成催化剂电析氢活性降低。

本申请第二方面提供了一种电析氢催化剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，将钌盐溶液与碳纳米管溶液混合，得到第一混合液；

步骤2，将碱加入所述第一混合液中，加热冷凝回流，得到第一产物；

步骤3，将所述第一产物依次离心、洗涤、干燥，得到负载钌纳米粒子的碳纳米管；

步骤4，将六氯铂酸溶液与所述负载钌纳米粒子的碳纳米管的溶液混合，得到第二混合液；

步骤5，将还原剂加入所述第二混合液中，进行还原反应，得到电析氢催化剂。

需要说明的是，加热冷凝回流后，碱中氢氧根离子可以与钌盐溶液可形成无定型的钌金属核附着在碳纳米管上。

优选的，所述步骤3干燥后，得到负载钌纳米粒子的碳纳米管之前，还包括步骤：在惰性气体和氢气的混合气氛中煅烧。

需要说明的是，第一产物依次离心、洗涤、干燥后得到的负载在碳纳米管上的为无定型的、内部结构无序的钌金属核，其吸附含氧官能团的能力较低，而通过在惰性气体和氢气的混合气氛中煅烧可将无定型的、内部结构无序的钌金属核转变为定型的、内部结构有序的、吸附含氧官能团的能力强的、负载在碳纳米管上的定型钌纳米粒子。

优选的，所述将钌盐溶液与碳纳米管溶液混合之前，还包括将碳纳米管置于乙醇中超声分散。