[发明专利]一种结晶性二硒化钌基催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种结晶性二硒化钌基催化剂及其制备方法和应用，所述结晶性二硒化钌是由无定形结构转化而来，所述结晶性二硒化钌基催化剂包括碳载体以及负载在所述碳载体上的结晶性二硒化钌颗粒；所述结晶性二硒化钌颗粒的结构包括立方晶体结构；所述制备方法通过微波处理含有三氯化钌水溶液、二氧化硒、碳载体的乙二醇溶液，将硒原子和钌原子均匀地负载在碳载体表面，再通过热处理得到良好结晶性的二硒化钌颗粒，有效提高了结晶性二硒化钌基催化剂的催化活性和稳定性；所述结晶性二硒化钌基催化剂用于电解水产氢时，在酸性和碱性电解质中，电流密度为10mA/cm²时，在较优条件下，催化剂的析氢过电位分别可达68mV以下和48mV以下。

技术领域

本发明属于燃料电池领域，具体涉及一种燃料电池催化剂，尤其涉及一种结晶性二硒化钌基催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

煤、石油等化石能源，不可再生且易产生严重的环境污染，因此开发氢能等可再生的清洁能源成为了解决能源危机的有效方案。由于环境友好以及零二氧化碳排放等优点，电解水生成氢气和氧气作为燃料受到了广泛的关注。

贵金属铂是最有效的电解水反应催化剂，但由于价格高而不能广泛使用。贵金属钌相对与铂来说价格低廉，其析氢反应性能远优于其他过渡金属，因此钌是用于制备电解水产氢催化剂的最佳选择。

CN108842160A公开了一种电解水制氢能源用钌掺杂铁镍合金催化剂及制备方法，该方法将镍源、铁源、钌源和助剂加入去离子水中配制为溶胶后，将聚苯胺包覆的泡沫镍粉末浸渍于溶胶中，静置陈化、过滤烘干、高温煅烧制得核壳结构的钌掺杂铁镍合金催化剂。该方法增加了催化剂的反应活性位点，提高了催化剂的析氢能力，催化活性好。

CN111906327A公开了一种高性能电解水产氢的钌纳米团簇电催化剂的合成方法，该方法将碳纳米管与N,N-二甲基甲酰胺置于圆底烧瓶中，超声，加入三氯化钌搅拌、离心、洗涤、烘干，加入过氧化氢溶液采用水热法得到钌纳米簇和碳纳米管的复合材料。该材料可应用于全pH环境下的析氢反应，所需要的反应过电位较低。

CN111939908A公开了一种钼钌合金催化剂及其制备方法和应用，该方法在碳载体上负载钼钌合金，在进一步降低催化剂的成本的同时还提高了催化剂的耐酸性。

但是上述钌基催化剂存在制备过程复杂，所得催化剂稳定性不足等缺陷，因此制备具有更好的催化活性和稳定性的钌基催化剂是进一步推进电解水产氢工艺的关键。

发明内容

鉴于现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种结晶性二硒化钌基催化剂及其制备方法和应用，所述结晶性二硒化钌是由无定形结构转化而来，所述结晶性二硒化钌基催化剂包括碳载体以及均匀负载在所述碳载体上的立方晶体结构的二硒化钌颗粒，结晶性二硒化钌基催化剂活性明显提高，且稳定性好，能够实现较长时间的电解水产氢催化，本发明所述制备方法简单，操作条件温和，具有很好的工业化应用前景，本发明所述结晶性二硒化钌基催化剂应用于电解水产氢时，在酸性和碱性电解质中，电流密度为10mA/cm²时，在较优条件下，催化剂的析氢过电位分别可达68mV和48mV以下。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种结晶性二硒化钌基催化剂，所述结晶性二硒化钌是由无定形结构转化而来，所述结晶性二硒化钌基催化剂包括碳载体以及负载在所述碳载体上的结晶性二硒化钌颗粒；所述结晶性二硒化钌颗粒的结构包括立方晶体结构。

本发明中的结晶性二硒化钌基催化剂中结晶性二硒化钌是由无定形结构转化而来，立方晶体结构的二硒化钌颗粒均匀负载在碳载体上，二硒化钌颗粒的立方晶体结构具有更稳定的结构，钌原子和硒原子之间的强电子效应可以使催化活性大大提高，并且碳载体的结构也没有被破坏，结晶性二硒化钌基催化剂稳定性好，能够实现较长时间的电解水产氢催化。