[发明专利]一种CoRu@C-N电催化剂及其制备方法

说明书

本发明涉及电催化剂领域，具体涉及一种CoRu@C‑N电催化剂及其制备方法，该制备方法具体包括以下步骤：(1)通过液‑液界面沉淀法制备多羟基富勒烯；(2)通过水热法制备CoRu@C‑N前驱体；(3)通过对CoRu@C‑N前驱体进行热处理制备CoRu@C‑N电催化剂。用该法制得的CoRu@C‑N电催化剂中，钴、钌以合金的形式存在，该制备方法操作简单，易控制得到目标产物，通过该法制备的CoRu@C‑N电催化剂，形貌完整均匀、对HER的催化性能较好，在10电流密度的过电位可达17.4mV。

技术领域

本发明涉及电催化剂领域，具体涉及一种CoRu@C-N电催化剂及其制备方法。

背景技术

氢能以氢气为载体，它燃烧后产生的热值高(可达焦炭的4.5倍)且燃烧后的产物为水，是一种来源丰富、绿色低碳、应用广泛的可再生清洁能源，若能代替化石燃料使用，不但可以解决能源危机问题，还可以实现环境保护的目的。氢气可通过燃烧化石燃料制备，也可通过太阳能、风力等可再生能源发电进行电解水制氢，电解水制氢是指水分子在直流电作用下被解离生成氧气和氢气，分别从电解槽阳极和阴极析出，这种制氢方式更为环保且获得的氢气纯度更高，是未来主流的制氢方向。

电解水制氢的过程中会发生析氢反应(hydrogen evolution reaction，HER)和析氧反应(oxygen evolution reaction，OER)，HER和OER动力学缓慢，反应时需要用到电催化剂，HER的最佳电催化剂是铂基电催化剂，其他铂族金属(钌Ru、铑Rh、钯Pd、锇Os、铱Ir)亦可作为电催化剂使用，但铂族金属储量有限且价格昂贵，这限制了电解水制氢的大规模应用。为了平衡活性和成本，人们不断研究新的电催化剂，如基于钌这一价格较低的铂族金属的电催化剂、基于铂族金属化合物的电催化剂、基于过渡金属(如Fe、Co和Ni)的电催化剂、基于石墨烯、碳纳米管(CNTs)、石墨等高导电性碳材料的电催化剂等，近年来，人们发现[60]富勒烯具有显著的催化特性和极好的电子容纳能力，但其难溶于水的性质让其在电解水领域的应用受到了限制，于是人们用羟基将其官能化，从而获得了在水中溶解度较高的多羟基富勒烯(富勒烯醇)、富勒醇，并研发了基于多羟基化富勒烯的电催化剂等，但是现有的基于多羟基化富勒烯的电催化剂仍然存在着制备方法较复杂、催化活性较弱的问题。

发明内容

为克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种简单易操作的CoRu@C-N电催化剂制备方法及采用该制备方法制得的催化活性较强的CoRu@C-N电催化剂。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：本发明提供的一种CoRu@C-N电催化剂的制备方法包括以下步骤：

(1)制备多羟基富勒烯：

1.1、将200～400mg富勒烯完全溶解于均三甲苯中，得到混合溶液A；

1.2、依次向混合溶液A中添加20～40ml浓度为30～40％wt的过氧化氢水溶液与2～4ml浓度为50～60％wt的四正丁基碘化铵水溶液，得到混合溶液B；

1.3、将混合溶液B置入恒温水浴锅中，于60～70℃下搅拌反应8～16h，获得混合产物C；

1.4、冷却、分离混合产物C后获得淡黄色水溶液，按照淡黄色水溶液：醇溶液＝1：(10～20)的体积比向淡黄色水溶液中添加醇溶液，搅拌或超声至充分混合，分离得到乳白色沉淀，纯化乳白色沉淀，将纯化后的乳白色沉淀于室温下真空干燥，获得的淡黄色粉末即为多羟基富勒烯；

(2)制备CoRu@C-N前驱体：

2.1、按照二氧化钴：三氧化钌：步骤(1)制得的多羟基富勒烯：多巴胺＝1：(1～2)：(4～8)：(20～40)的质量比称取二氯化钴、三氯化钌、步骤(1)制得的多羟基富勒烯、多巴胺并依次完全溶解于去离子水中，搅拌均匀后得混合溶液D；