[发明专利]一种氮掺杂介孔碳负载高分散Ru纳米颗粒催化剂的制备方法及其应用

权利要求书

1.一种氮掺杂介孔碳负载高分散Ru纳米颗粒催化剂的制备方法，其特征在于：嵌段共聚物模板剂与含氮碳源前驱体、胺类化合物自组装得到氮掺杂介孔聚合物，通过湿化学浸渍法将Ru负载于氮掺杂介孔聚合物上，随后高温碳化，即得到氮掺杂介孔碳负载高分散Ru纳米颗粒催化剂，其中，Ru物种负载量为0.5-4wt％；

具体制备方法为：

(a)前驱体溶液的配制：将嵌段共聚物模板剂溶于去离子水中，充分搅拌得到浓度为0.01-0.2g/mL的溶液A；在去离子水中加入含氮碳源前驱体，搅拌均匀得浓度为0.001-0.02g/mL的溶液B；向溶液B中加入胺类化合物，继续充分搅拌至均匀记作溶液C；将溶液A加入到混合溶液C中，置于油浴锅内，在20-80℃下加热搅拌12-24h，得到预聚合后的溶液D；

(b)氮掺杂介孔聚合物前驱体的制备：将溶液D转入反应釜中并置于烘箱中，在室温下以1-5℃/min的升温速率升温至80-150℃，进行水热反应6-12h后反应釜随烘箱自然冷却至室温，得到凝胶状产物，离心，用去离子水清洗，随后冷冻干燥，得到氮掺杂介孔聚合物前驱体NMP；

(c)氮掺杂介孔聚合物负载Ru前驱体的合成：将上述获得氮掺杂介孔聚合物前驱体NMP分散于去离子水中，超声10-40min后继续搅拌30min，使其分散均匀，标记为溶液E；随后将含Ru盐水溶液在搅拌条件下滴加至溶液E中，滴加完成后继续搅拌5-30min，将所得混合溶液冷冻干燥，得到氮掺杂介孔聚合物负载Ru前驱体NMP-Ru；

(d)氮掺杂介孔碳负载高分散Ru纳米颗粒催化剂的合成：将上述获得氮掺杂介孔聚合物负载Ru前驱体NMP-Ru以1-5℃/min的升温速率上升到600-900℃，在N₂气氛下进行高温煅烧，保温3h后自然冷却至室温，得到氮掺杂介孔碳负载高分散Ru纳米颗粒电解水析氢催化剂NMC-Ru；

所述嵌段共聚物模板剂为Pluronic F127；所述含氮碳源前驱体为2-氨基苯酚、3-氨基苯酚、4-氨基苯酚中一种或几种的溶液，胺类化合物为六亚甲基四胺。

2.按权利要求1所述的氮掺杂介孔碳负载高分散Ru纳米颗粒催化剂的制备方法，其特征在于：所述氮掺杂介孔聚合物是一种将嵌段共聚物模板剂与含氮碳源前驱体、胺类化合物置于油浴锅内，在20-80℃下加热搅拌12-24h，随后室温下以1-5℃/min的升温速率升温至80-150℃，进行水热反应6-12h，反应后冷却至室温、干燥得到的前驱体材料；其中，嵌段共聚物模板剂与含氮碳源前驱体质量比值0.5-2：1，含氮碳源前驱体与胺类化合物质量比值0.1-2.5：1。

3.按权利要求1所述的氮掺杂介孔碳负载高分散Ru纳米颗粒催化剂的制备方法，其特征在于：

所述嵌段共聚物模板剂与含氮碳源之间的质量比为0.5-2：1；嵌段共聚物模板剂水溶液的浓度范围为0.01-0.2g/mL；含氮碳源前驱体水溶液的浓度范围为0.001-0.02g/mL；含氮碳源前驱体与胺类化合物质量比值0.1-2.5：1；

所述氮掺杂介孔聚合物前驱体NMP与Ru盐之间质量比为3-25：1，氮掺杂介孔聚合物前驱体NMP水溶液的浓度范围为0.5-10mg/mL，含Ru盐中Ru的质量分数范围为15wt％-50wt％。

4.按权利要求1所述的氮掺杂介孔碳负载高分散Ru纳米颗粒催化剂的制备方法，其特征在于：所述的含Ru盐水溶液为三氯化钌水溶液或三氯化钌和六水合氯化钴的混合水溶液。

5.一种权利要求1所述方法制备所得氮掺杂介孔碳负载高分散Ru纳米颗粒催化剂，其特征在于：按权利要求1所述方法制备获得氮掺杂介孔碳呈珊瑚状互联结构，具有分等级多孔结构，孔径分布在2-100nm，Ru以直径在2-5nm左右的颗粒形式存在的氮掺杂介孔碳负载高分散Ru纳米颗粒催化剂。

6.一种权利要求5所述的催化剂的应用，其特征在于：所述催化剂在电解水制氢中的应用。