[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

说明书

本发明属于化学能源材料领域，具体涉及氮掺杂介孔碳材料析氢电催化剂的制备，尤其涉及一种用于催化电解水析氢反应的氮掺杂介孔碳负载高分散Ru纳米颗粒催化剂及其制备方法。具体通过嵌段共聚物模板剂在油浴及水热过程中与含氮碳源前驱体及胺类化合物进行自组装得到氮掺杂介孔聚合物，随后提供一种低温下的湿化学浸渍法成功的将Ru负载于聚合物前驱体上，最后经过高温碳化过程，制备出氮掺杂介孔碳负载高分散Ru纳米颗粒催化剂。该催化剂与商业Pt/C性能相当，可在较低的过电位下产生较高的电流密度，并具有优异的长期稳定性，其生产成本仅为商业Pt/C催化剂的8％，经济适用性强，为Ru基析氢催化剂的研究提供了新的见解和思路。

技术领域

本发明属于化学能源材料领域，具体涉及氮掺杂介孔碳材料析氢电催化剂的制备，尤其涉及一种用于催化电解水析氢反应的氮掺杂介孔碳负载高分散Ru纳米颗粒催化剂及其制备方法。

背景技术

目前，能源危机和环境污染问题日益严重，急需开发可替代传统化石燃料的可再生清洁能源。氢气作为一种高能量密度、清洁无污染的理想能量载体，被视为21世纪最具发展潜力的能源。当前制氢方式主要有四种：化石燃料制氢、工业副产物制氢、电解水制氢、生物质制氢，其中电解水制氢技术因工艺简单、能量效率高等优点已引起人们的广泛关注。从热力学角度分析，分解水所需的吉布斯自由能约为237.2kJ mol^-1，故电解池中仅施加1.23V(相对于可逆氢电极)的电压即可进行该反应。但分解水的两个半反应——阳极析氧反应(Oxygen Evolution Reaction，OER)和阴极析氢反应(Hydrogen Evolution Reaction，HER)，涉及到多电子反应过程，具有较高的能量势垒，动力学较为缓慢，因此实际分解电压往往高于1.45V，引起电能利用率低、生产成本高等一系列问题。众所周知，贵金属材料展现出优异的催化分解水性能，例如Pt/C催化剂是目前最常用的商业催化剂，但是贵金属铂储量稀缺、成本高等缺点限制了其推广应用。近年来，研究者们致力于开发廉价、高效、稳定的非铂贵金属基HER催化剂以促进电解水反应的进行，希望降低贵金属负载量的同时提高其催化活性，从而降低催化剂成本，使其适用于商业化生产。