[发明专利]钌氮掺杂碳包覆的铜钴合金纳米催化剂及其制备方法

说明书

本申请提供了一种钌氮掺杂碳包覆的铜钴合金纳米催化剂及其制备方法，钌氮掺杂碳包覆的铜钴合金纳米催化剂的制备方法包括：将硝酸铜、硝酸钴和六氰钴酸钾混合，得到普鲁士蓝类似物前驱体；对普鲁士蓝类似物前驱体进行研磨，并分散到溶剂中进行搅拌，得到普鲁士蓝类似物分散溶液；将氯化钌溶液加入到普鲁士蓝类似物分散溶液中，得到钌掺杂普鲁士蓝类似物；将普鲁士蓝类似物前驱体、钌掺杂普鲁士蓝类似物进行研磨，并进行煅烧，得到氮掺杂碳包覆的铜钴合金催化剂和钌氮掺杂碳包覆的铜钴合金纳米催化剂。通过本申请的技术方案，在氮掺杂碳包覆的铜钴合金中掺杂少量的钌，可有效提高催化剂在碱水电解制氢阳极反应性能，降低阳极反应过电势。

技术领域

本申请涉及碱性电解水制氢阳极催化剂制备技术领域，具体而言，涉及一种钌氮掺杂碳包覆的铜钴合金纳米催化剂及其制备方法。

背景技术

氢气（H₂）作为高能量密度、零碳排放的清洁能源载体，被认为是改变目前以化石燃料为主要能源结构的最有希望的二次能源载体。与传统的化石燃料重整制氢相比，电解水制氢因其产品纯度高、无污染，被认为是一种可再生的环保技术。电解水制氢包括两个半反应：阳极析氧反应(OER)和阴极析氢反应(HER)，其中阳极反应因涉及四电子转移，具有缓慢的动力学过程，使阳极过电位较大，因此，发展高效的阳极催化剂对电解水反应整体效率提升十分重要。目前高效的阳极催化剂以铱、钌氧化物为主，贵金属的稀缺性限制了他们的普遍利用，因此，降低贵金属材料的使用同时提高阳极析氧效率对电解水制氢技术的普及十分重要。

在非贵过渡金属基催化剂中，氮掺杂碳包覆的材料具有优良的导电性、稳定性，被认为是具有商用前景的碱水制氢阳极催化材料。与单金属体系相比，双金属或三金属合金因具有独特的表面特性展现出更高的活性。在这些体系中，氮掺杂碳包覆的铜钴合金催化剂（CuCo@NC）电催化剂引起了广泛的关注，但氮掺杂碳包覆的Cu基材料在高温热解过程中易发生可逆熔合和自聚集，因Cu基材料在相同温度下扩散常数较大，所以制备Cu元素均匀分布的氮掺杂碳包覆的铜钴合金催化剂难度较大，此外CuCo基催化剂在碱性条件下的活性相比于贵金属基催化剂仍有较大差距。

发明内容

本申请旨在解决或改善上述技术问题。

为此，本申请的第一目的在于提供一种钌氮掺杂碳包覆的铜钴合金纳米催化剂的制备方法。

本申请的第二目的在于提供一种钌氮掺杂碳包覆的铜钴合金纳米催化剂。

为实现本申请的第一目的，本申请第一方面的技术方案提供了一种钌氮掺杂碳包覆的铜钴合金纳米催化剂的制备方法，包括：将硝酸铜、硝酸钴和六氰钴酸钾混合，得到普鲁士蓝类似物前驱体；通过研钵对普鲁士蓝类似物前驱体进行研磨，并将研磨后普鲁士蓝类似物前驱体分散到溶剂中进行搅拌，得到普鲁士蓝类似物分散溶液；将氯化钌溶液加入到普鲁士蓝类似物分散溶液中，得到钌掺杂普鲁士蓝类似物；将普鲁士蓝类似物前驱体、钌掺杂普鲁士蓝类似物进行研磨，并进行煅烧，得到氮掺杂碳包覆的铜钴合金催化剂和钌氮掺杂碳包覆的铜钴合金纳米催化剂。

根据本申请提供的钌氮掺杂碳包覆的铜钴合金纳米催化剂的制备方法，首先将一定比例的硝酸铜、硝酸钴和六氰钴酸钾混合，得到普鲁士蓝类似物前驱体。然后取一定量的普鲁士蓝类似物前驱体粉末，利用研钵研磨后，均匀分散到溶剂中进行搅拌，得到普鲁士蓝类似物分散溶液。将一定量的氯化钌溶液加入到普鲁士蓝类似物分散溶液中，得到钌掺杂普鲁士蓝类似物。最后将普鲁士蓝类似物前驱体、钌掺杂普鲁士蓝类似物研磨后，分别置于石英瓷舟中，在氮气氛的高温管式炉中进行煅烧，得到不同比例的氮掺杂碳包覆的铜钴合金催化剂和钌氮掺杂碳包覆的铜钴合金纳米催化剂。在氮掺杂碳包覆的铜钴合金中掺杂少量的钌，可有效提高催化剂在碱水电解制氢阳极反应性能，降低阳极反应过电势。可以理解，通过在非贵金属基催化剂中掺杂少量的贵金属钌达到高效的电解水阳极析氧效率，取代了贵金属基催化剂，降低电解水催化剂生产成本。同时提高催化活性，降低电解能耗。