[发明专利]一种钌基催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及催化剂技术领域，尤其涉及一种钌基催化剂及其制备方法和应用。本发明提供了一种钌基催化剂，包括多孔碳材料和分散在所述多孔碳材料的表面和孔道结构内的含钌物质；所述含钌物质在所述多孔碳材料的表面和孔道结构内呈单分散状态；所述多孔碳材料为氮掺杂多孔碳材料或氮硫共掺杂多孔碳材料。所述钌基催化剂成本低，展现出高活性和长时间的稳定性。

技术领域

本发明涉及催化剂技术领域，尤其涉及一种钌基催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

人类掌握和利用能源，取得了社会进步和生活水平的提高。在第二次工业革命后，化石能源在能源结构中占据了举足轻重的地位。但化石能源属于天然不可再生资源，要满足人类社会发展对能源和更宜居生活环境的需求，就需要探索利用可持续和清洁的能源。氢能具有资源丰富、清洁等优点，是一种具有巨大发展潜力的能源。利用氢能需要从制氢开始，但是自然界的单质氢源极少，需要通过工业技术获取。目前的工业制氢绝大多数依赖于化石燃料重整，属于灰氢(煤制氢)和蓝氢(天然气制氢)，生产过程往往伴随着碳排放。单纯的电解水阴极析氢，需要较高的过电势，通过使用催化剂来降低反应活化能可以极大的提高反应速率和制氢效率。目前具有高催化性能的催化剂通常为商业铂碳催化剂，其成本高，稳定性还需进一步改善。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钌基催化剂及其制备方法和应用，所述钌基催化剂成本低，展现出高活性和长时间的稳定性。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种钌基催化剂，包括多孔碳材料和分散在所述多孔碳材料的表面和孔道结构内的含钌物质；

所述含钌物质在所述多孔碳材料的表面和孔道结构内呈单分散状态；

所述多孔碳材料为氮掺杂多孔碳材料或氮硫共掺杂多孔碳材料。

优选的，所述多孔碳材料和含钌物质的质量比为(85～95)：(5～15)。

优选的，所述多孔碳材料中的多孔基底碳材料包括活性炭、导电碳、石墨、石墨烯和有机聚合碳材料中的一种或几种。

优选的，所述含钌物质包括钌纳米颗粒或硫化钌纳米颗粒。

优选的，所述含钌物质的粒径为1～3nm。

本发明还提供了上述技术方案所述钌基催化剂的制备方法，包括以下步骤：

将多孔碳材料、钌盐和极性溶剂混合，进行溶剂热反应，得到含钌物质的碳基复合材料初产物；

将所述含钌物质的碳基复合材料初产物进行退火处理，得到所述钌基催化剂。

优选的，当所述多孔碳材料为氮掺杂多孔碳材料时，所述多孔碳材料的制备过程包括以下步骤：

将多孔基底碳材料和氮源混合，进行第一溶剂热反应，得到所述多孔碳材料；

当所述多孔碳材料为氮硫共掺杂多孔碳材料时，所述多孔碳材料的制备过程包括以下步骤：

将多孔基底碳材料和氮源混合，进行第二溶剂热反应，得到氮掺杂多孔碳材料；

将所述氮掺杂多孔碳材料、硫源和水混合，进行第三溶剂热反应，得到氮硫共掺杂多孔碳材料。

优选的，所述氮源包括甲酰胺和/或三聚氰胺；

所述硫源包括硫脲、硫化钠和硫代乙酰胺中的一种或几种。

优选的，所述溶剂热反应、第一溶剂热反应和第二溶剂热反应的温度独立的为100～200℃，时间独立的为1～24h；

所述退火处理的温度为200～1200℃，保温时间为0.5～5h。