[发明专利]一种Ru-CdSe异质纳米晶的制备方法及应用

说明书

本发明提供一种Ru‑CdSe异质纳米晶的制备方法,包括下述步骤：将RuCl₃·xH₂O、无水CdCl₂、KCl、二次蒸馏水和无水乙醇混合，常温反应，得到前驱体；向所述前驱体中加入硒粉、十八烯和十二胺，升温反应，得到Ru‑CdSe异质纳米晶。本发明所制得的Ru‑CdSe异质纳米晶在海水中具有优异的制氢能力，并能够高效催化电解水中的析氢反应，经检测性能优于市售的商用催化剂：20％Pt/C催化剂，对于可再生能源技术发展具有重要的指导意义。

技术领域

本发明涉及纳米晶技术领域，具体是一种Ru-CdSe异质纳米晶的制备方法及应用。

背景技术

氢作为一种理想的能源载体，具有能量密度高，零污染、零碳排放等优点，是最具有发展潜力的清洁能源之一。由可再生能源驱动的电解水制氢是一种生产绿色氢能的重要方式。电化学水解包括两个半反应，阳极析氧反应和阴极析氢反应。但是这两种反应都需要高效的电催化剂来降低能量消耗的过电位。目前，Pt被认为是最有效的电解水制氢的催化剂，但由于严重迟缓的动力学，Pt在碱性溶液中的析氢反应性能并不令人满意，因此在碱性介质中制氢仍然是一个挑战。

另外，地球上淡水资源稀少，大规模制氢给有限的淡水资源带来了巨大的压力。所以为了可持续的工业制氢，最好是利用地球上一些丰富的资源作为替代。据报道，地球上可用的水资源约97%为海水。因此，电催化海水制氢便为低成本、清洁能源的转化提供了一条途径。但是现在大多数实验性能测试还仅仅是在高纯水中进行，主要是因为天然海水中有许多不明杂质，会破坏催化剂的性能，并产生一系列的副反应。所以目前有关用于海水制氢的催化剂的研究还很少，尽管多个课题组已经开始研究在海水中具有高性能、高选择性、高稳定性及低成本的纳米催化剂，但是取得的成果远远少于在蒸馏水中进行测试取得的成果。因此如何制备能在海水中高效制氢的催化剂成为了研究的重点。

Ru作为Pt族的一员，具有类Pt的析氢活性，而且其价格仅为Pt的4%，具有非常广阔的应用前景。特别是，如何提高Ru基催化剂海水中的活性和稳定性成为一个研究热点。目前如电子科技大学牛晓滨课题组的通过Ru掺杂和磷化修饰Co₃O₄纳米阵列提高其水分裂性能，使得所制备的CoRuPO/NF在1.0M KOH的海水中有了不错的HER性能，在电流密度10mA/cm²时，其过电位为62mV；意大利萨勒诺大学Maria Sarno课题组通过协同合金化效应在石墨烯上负载了三金属NiRuIr合金纳米颗粒，所制备的NiRuIr-GO催化剂在真实的海水中也有着相对不错的HER性能，在电流密度10mA/cm²时，其过电位为80mV。虽然这些催化剂的性能尚可，但是没有表现出明显的优势，活性不是很高，也不能在海水中长时间高效作用。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提出一种Ru-CdSe异质纳米晶的制备方法及应用，制得的Ru-CdSe异质纳米晶具有高活性、高稳定性的特点。

本发明提供的一种Ru-CdSe异质纳米晶的制备方法，包括下述步骤：将RuCl₃·xH₂O、无水CdCl₂、KCl、二次蒸馏水和无水乙醇混合，常温反应，得到前驱体；向所述前驱体中加入硒粉、十八烯和十二胺，升温反应，得到Ru-CdSe异质纳米晶。

优选地，所述RuCl₃·xH₂O、无水CdCl₂、KCl的摩尔比为2：2：1。

优选地，所述常温反应的具体操作为：将RuCl₃·xH₂O、无水CdCl₂、KCl、二次蒸馏水和无水乙醇混合，常温下磁力搅拌，一次分散沉降，离心分离，真空干燥，得到前驱体。

优选地，所述一次分散沉降中，采用无水乙醇进行分散沉降。