[发明专利]一种电解水产氢用碳量子点膜/Ru纳米晶及其制备方法

说明书

本发明属于新材料制备领域，特别涉及一种电解水产氢用碳量子点膜/Ru纳米晶及其制备方法。首先以大蒜为原料制备自交联的碳量子点膜，然后在水热的条件下将其与Ru量子点复合制备碳量子点膜/Ru纳米晶复合材料。该纳米材料具有独特的膜状结构、良好的稳定性以及高效的全pH电解水产氢等优点。

技术领域

本发明属于新材料制备技术领域，特别涉及一种电解水产氢用碳量子点膜/Ru纳米晶及其制备方法。

背景技术

随着现代社会的不断发展，不可再生能源的大量消耗，能源危机日益加剧。同时化石燃料的消耗还导致了严重的环境问题，因此寻找清洁高效的可再生能源越来越受到人们的关注。

氢能源作为一种可再生的清洁能源，被认为是未来应对能源紧缺问题最有效的手段。电催化水裂解制氢是目前最具发展前景的制氢技术之一。现有的技术中，贵金属Pt是最有效的电解水制氢催化剂，但是金属Pt的储量稀少、价格昂贵，而且长时间反应过程中Pt的稳定性较差，这些因素都限制这种催化剂的大规模生产和应用。

电解水产氢常用的电解质有酸性、碱性、中性溶液。碱性电解液因其对设备要求低，安全性高而受到广泛的关注。然而除氯碱和水碱电解槽外，还有质子交换膜电解槽和微生物电解槽等其他类型的电解槽用于水的分解。由于使用环境的不同，在全pH范围内具有良好电催化性能的催化剂具有很大的吸引力。不幸的是，由于中性溶液的导电性较差，这大大限制了催化剂的活性。目前报道的催化剂在中性介质中的性能大都不理想。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种电解水产氢用碳量子点膜/Ru纳米晶及其制备方法。其具有以下优点：①电解水产氢时该催化剂催化性能高效稳定；②该催化剂可在全pH范围内电解水产氢；③和贵金属Pt催化剂相比价格相对低廉，更容易大规模生产和应用。

一种电解水产氢用碳量子点膜/Ru纳米晶及其制备方法，其特征在于，该碳量子点膜/Ru纳米晶为膜状的碳量子点和Ru纳米晶的复合。

一种电解水产氢用碳量子点膜/Ru纳米晶及其制备方法，其具体制备工艺过程为：

1）Ru纳米晶的制备：称取一定量的十八胺，120℃下熔解为液体，于Ar气氛围中用型号为MS-H-Pro^＋的加热型磁力搅拌器在500转/分转速下加入一定量的RuCl₃混合均匀，该过程中RuCl₃与十八胺质量比保持在1∶（100-200）范围内，然后按照质量比为叔丁基胺硼烷（TBAB）∶RuCl₃=（1-2）∶1的配比加入TBAB，升温至240℃，调节转速为100转/分，反应30min，反应结束后用一定量体积比为乙醇∶正己烷=5∶1的混合液洗涤3次，离心真空干燥后，得到Ru纳米晶。

2）碳量子点膜的制备：称取一定量的大蒜，捣碎加入到水热反应釜中，在180-200℃范围内水热处理6-8h，然后用孔径为100-500nm的滤纸过滤得到黄褐色溶液，将此溶液用型号为湘仪H1850的离心机在8000-12000转/分的转速下离心10-30min，将得到的上清液用规格为1000-3000Da透析袋透析24-36h，最后将透析袋中的溶液经烘干处理，即可得到褐色碳量子点膜粉末。

3）碳量子点膜/Ru纳米晶的制备：称取一定质量步骤1）中制备的浓度为1mg/mL的Ru纳米晶的己烷溶液，称取一定量步骤2）中浓度为0.4-2 mg/mL的碳量子乙醇溶液，然后将Ru纳米晶的己烷溶液滴加到碳量子点膜的乙醇溶液中，超声分散均匀，其中，碳量子点膜和Ru纳米晶质量比为（2-10）∶1，乙醇和己烷的体积比为（5-10）∶1，接着将上述混合溶液转移至水热反应釜中在180-240℃范围内水热处理6-8h，然后用型号为湘仪H1850的离心机在8000-10000转/分的转速范围内离心10-20min，再经真空干燥，得到黑褐色碳量子点膜/Ru纳米晶粉末。