[发明专利]一种不同形貌的Ru纳米材料的制备方法及其应用

说明书

本发明提供了一种不同形貌的Ru纳米材料的制备方法及其应用(1)将Ru源加入于乙二醇中，充分搅拌均匀；(2)随后通入不同气体，在120‑200℃下反应，冷却，洗涤，干燥；(3)将获得的催化剂和炭黑混合均匀，超声均匀后，干燥，然后进行热处理得到Ru/C，用于电化学性能测试。其中，Ru均匀的分布在炭黑上，Ru呈现出纳米线，纳米片花和纳米颗粒的形状；Ru纳米线，纳米片花和纳米颗粒在酸性条件下的OER性能远超商业RuO₂和商业IrO₂催化剂，三者在酸性条件下的OER性能在10mA/cm²的电流密度对应的电压分别达到了224mV,286mV和252mV(vs.RHE)。并且该催化剂在酸性条件下都具有较好的稳定性。本发明方法简单，催化剂具有较高活性跟稳定性，在电解水方面具有较好的应用前景。

技术领域

本发明涉及不同形状Ru纳米材料的制备及其应用，具体涉及通过原位调控合成氛围制备不同形貌的Ru纳米材料的方法及其用途，属于催化剂合成技术领域。

背景技术

随着传统化石能源的减少以及环境污染的加剧，人们对于可持续无污染的新型能源的开发十分迫切。其中，氢能由于其能量密度高并且反应的副产物为水，被认为是最有发展前景的新型能源之一。然而，工业上现在主要的产氢方式有甲烷裂解、水煤气变换和电解水。其中甲烷裂解和水煤气变换反应制备氢气的效率为95％以上，但这些方法的原料属于不可再生的并且将产生一定的环境污染问题。相对比来说，电解水的原料是水，来源丰富，更重要的是电解水的产物是氢气和氧气，对环境无污染。电解水是由阳极的氧气析出反应(OER)和阴极的氢气析出反应(HER)组成，其总反应为 H₂O→H₂+1/2O₂。其中相对于HER反应，OER缓慢的反应动力学过程以及需要很高的过电位才能驱动电化学反应并且成为了电解水效率提高的主要阻力，因此，提高OER的性能对于提升电解水效率起着至关重要的作用。RuO₂被认为是OER性能最好的催化剂而被广泛的研究。迄今为止，很多团队采用了各种各样的方法去合成不同形态的RuO₂催化剂。然后合成过程的复杂性以及合成的RuO₂形貌的不均一性都影响着高性能RuO₂的工业应用性和机理研究性。

原位气氛调节作为一种有效的合成调控手段已经应用于各种材料的合成。例如，通过调节不同氛围合成了不同Pt纳米材料、Pd纳米材料以及CeO₂纳米材料等。然后，迄今为止，还没有人通过调节气氛来合成不同的Ru纳米材料，本发明提供了一种简单的原位调控合成氛围制备了一系列的不同形貌的Ru纳米材料，即纳米线，纳米片花以及纳米颗粒这些形状，并且应用于 OER反应。

发明内容

针对已有技术中的问题，本发明的目的之一在于提供了简单的原位调控合成氛围制备一系列的不同形貌Ru纳米材料的合成方法，采用该方法得到的 Ru纳米材料具有均一且单分散的纳米线，纳米片花以及纳米颗粒这些形状。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种简单的原位调控合成氛围制备一系列的不同形貌Ru纳米材料的合成方法，所述的Ru纳米材料的形貌为纳米线，纳米片花以及纳米颗粒。所述方法包括：

(1)将Ru源混合于乙二醇中，充分搅拌均匀；

(2)随后通入氢气，在120-200℃下反应3小时以上后，冷却，洗涤，干燥得到Ru纳米线；当通入的气体改成氧气时，得到的是Ru纳米片花；当通入的气体改为空气或者氩气或者氮气或者氦气时，得到的是Ru纳米颗粒。；

(3)将获得的催化剂和炭黑混合均匀，超声均匀后，干燥，然后进行热处理1小时以上(150-450℃)后得到Ru/C。