[发明专利]一种核壳结构催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及电催化分解水技术领域，尤其涉及一种核壳结构催化剂及其制备方法和应用。本发明提供了一种核壳结构催化剂，包括氮掺杂的Rusubgt;2/subgt;P和Ru；所述氮掺杂的Rusubgt;2/subgt;P为壳，所述Ru为核；所述Rusubgt;2/subgt;P和Ru之间构成异质结。所述核壳结构催化剂的催化性能明显优于现有的Ru基催化剂，同时具有优异的HER稳定性。

技术领域

本发明涉及电催化分解水技术领域，尤其涉及一种核壳结构催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

由于日益严重的资源枯竭和环境恶化问题，清洁和可再生能源的开发和利用迫在眉睫。值得注意的是，具有零碳排放特点的电催化析氢反应(HER)是生产氢能的关键路径。其中，贵金属基催化剂(特别是Pt)得益于超高的本征活性，在HER方面展现出卓越的优势。但是，贵金属的高成本和稳定性差的缺点严重限制了其工业生产和应用，因此降低成本和提升耐用性是贵金属基催化剂研究的重心。值得一提的是，Ru的价格远低于Pt等贵金属，但是其具有与Pt匹敌的结合H的能力，这致使Ru被认为是一种高效的铂替代品。钌(Ru)由于其快速的水离解动力学，在理论上被认为是一种可行的碱性析氢反应(HER)电催化剂。但是它对吸附的羟基(OHad)的强亲和力阻碍了活性位点，导致在实际的HER过程中性能令人不满意。

发明内容

本发明的目的在于提供一种核壳结构催化剂及其制备方法和应用，所述核壳结构催化剂的催化性能明显优于现有的Ru基催化剂，同时具有优异的HER稳定性。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种核壳结构催化剂，包括氮掺杂的Ru₂P和Ru；

所述氮掺杂的Ru₂P为壳，所述Ru为核；

所述Ru₂P和Ru之间构成异质结。

优选的，所述氮掺杂的Ru₂P和Ru的质量比为1：(3～6)。

优选的，所述氮掺杂的Ru₂P中的氮掺杂量为0～15wt％，且不为0。

优选的，所述核壳结构催化剂的粒径为100～110nm；

所述核壳结构催化剂的壳层厚度为0～10nm，且不为0。

本发明还提供了上述技术方案所述核壳结构催化剂的制备方法，包括以下步骤：

将可溶性钌盐、表面活性剂和水混合后，进行加热处理，得到Ru@表面活性剂；

将所述Ru@表面活性剂进行烧结后，立即与氨水混合，进行氮掺杂，得到N-RuO₂；

将所述N-RuO₂和磷化剂混合，进行煅烧，得到所述核壳结构催化剂；

所述氮掺杂的时间为2～5h，所述烧结的温度为350～500℃。

优选的，所述表面活性剂包括聚烯丙胺盐酸盐和/或十二烷基苯磺酸钠；

所述磷化剂包括次磷酸钠和/或磷酸铵；

所述可溶性钌盐包括氯化钌和/或硝酸钌。

优选的，所述可溶性钌盐和表面活性剂的质量比为(8～8.23):(8～8.2)；

所述加热处理的温度为90～100℃，时间为0～6h，且不为0。

优选的，所述烧结的时间为0～6h，且不为0；

所述氨水的质量浓度为25～28％。