[发明专利]一种Ru基催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种Ru基催化剂及其制备方法和应用。该催化剂以氰基胍为载体，Ru为活性组分，Ru的负载量以载体质量计在1~5 wt.%之间，然后将制备得到的催化剂和碳布复合作为工作电极用于电解重水制氘气，其电解过程主要是典型的三电极体系电解重水的过程。本发明的电解过程精简高效，可快速产生纯净的氘气，催化剂的制备一步完成，同时制备得到的催化剂具有良好的稳定性和广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于材料制备与应用技术领域，具体涉及一种Ru基催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

氘是氢的同位素，原子量比普通氢重两倍，三相点：-254.4 ^oC；比热容（101.325kPa，21.2 ^oC）：5.987m³/kg；气液容积比（15 ^oC，100kPa）：974L/L；临界温度：-234.8^{oC；气化热ΔH_v（-249.5 oC）：305kJ/kg。氘气的化学性质与氢气相同，可以发生普通氢所能发生的所有化学反应，并能够生成相应化合物。同时氘气的高质量和低零点特征，使其在相同反应中有着不同反应速度，反应平衡点位置也有明显不同。}

目前氘气的制备技术主要有液氢精馏技术、电解重水技术、金属氢化物技术、激光技术、气相色谱技术等，其中电解重水技术采用电解水装置，以碱金属的氘氧化物为电解质或固体聚合物电解重水，虽然通过该技术制备氘气纯度较高，但仍需要对已制备的氘气进一步纯化。纯化的重点是去除杂质，降低氘气所含的氢同位素即杂质氕，但氕去除难度较大，处理工艺十分复杂。为了改进这种电解重水的技术，采用传统的电化学三电极体系直接电解重水产氘气的方法，这种方法能够有效地改进电解重水去除杂质的过程，产生的气体完全是氘气并没有氕的存在。

但是电化学三电极体系直接电解重水的过程中能耗问题也十分突出，应用中应降低工作电压，提高能量效率，而其中采用的催化剂也在发挥着至关重要的作用，不仅能降低过电势，加快产氘的反应进程，而且可以以节能的方式温和地大量地产生纯度较高的氘气。其中改进电解设备的主要策略有：减小电极间距离、提高工作压力、提高工作温度、改变电极材料、使用添加剂等。总的来说，采用电化学直接电解重水制氘存在电解和催化剂两方面的问题，而关键在于解决高效持久的产氘催化剂的制备问题。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种Ru基催化剂及其制备方法和应用，其具备绿色廉价，高效催化的特点，具有较大的工业制氘应用前景。

所述的一种Ru基催化剂，其特征在于由载体和负载于载体上的活性组分组成，载体为氰基胍，活性组分为Ru，活性组分的负载量以载体质量计为1~5 wt.%。

所述的Ru基催化剂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

1）以三硝基亚硝酰钌(II)和氰基胍为原料前驱体，加入适量的无水乙醇后充分研磨，研磨至其干燥后再置于烘箱中干燥一段时间；

2）将完全干燥的粉体置于管式炉中，在N₂气氛下，以900^oC高温煅烧1h，待自然冷却后研磨即制得Ru基催化剂。

所述的Ru基催化剂的制备方法，其特征在于步骤1）中的两种原料前驱体的质量比为m(氰基胍)：m(三硝基亚硝酰钌(II))=1:0.03~0.16，优选为1:0.06。

所述的Ru基催化剂的制备方法，其特征在于步骤1）中烘箱干燥温度为50~70^oC，优选为60^oC，干燥时间为10~14h，优选为12h。

所述的Ru基催化剂的制备方法，其特征在于步骤1）中氰基胍的质量与加入的无水乙醇的体积比为1:0.5~2，优选为1:1，质量单位为g，体积单位为mL。