[发明专利]一种多孔空心的RuP@PNC催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种多孔空心的RuP@PNC催化剂及其制备方法和应用，该多孔空心的RuP@PNC催化剂制备过程为：将铁盐、钌盐、磷化物、氮化物、碳化物和致孔剂溶于水中，搅拌混合均匀后，混合液蒸干水分得到固体产物，将固体产物撵磨均匀，然后在氮气气氛下煅烧，煅烧后的产物置于盐酸水溶液中，以溶解除去产物中的铁元素而形成产物部分的空心，将产物从盐酸水溶液中取出干燥，即得所述多孔空心的RuP@PNC催化剂。本发明的多孔空心RuP@PNC催化剂，通过磷的掺杂与钌形成磷化物，磷与钌之间的相互结合，改变了它们之间的电荷结构，还通过除去铁元素来形成催化剂部分的空心，增加金属的活性位，改变各元素之间的电荷转移情况，从而来提高催化剂的析氢反应性能。

技术领域

本发明涉及一种多孔空心的RuP@PNC催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

随着石化燃料消耗量的逐渐增大和储量的逐年减少, 环境问题和能源危机的到来，使人类对环境保护的日益重视,人们对开发绿色可再生能源的急迫性日益增强。因此需要寻找再生的清洁能源来取代传统的石化能源。而氢能作为一种高效、洁净和理想的二次能源受到了广泛的关注，它的来源主要是水的电解，因此如何提高水分解制氢的效率就成为了最亟待解决的关键问题。众所周知，铂是析氢反应的主要的催化剂，但是由于金属铂价格昂贵而且资源短缺以及使用寿命比较短，因此在商业上使用的成本较高，这就阻碍了铂在商业上的应用，从而影响氢源产业的发展。近年来的研究发现可以使用钌贵金属形成的催化剂来代替铂作为高效的析氢反应催化剂。以下的实验都很好的证明了钌催化剂具有很好的催化水分解产生氢气的作用。列如：A Sacrificial Coating Strategy TowardEnhancement of Metal-Support Interaction for Ultrastable Au Nanocatalysts（J.Am. Chem. Soc., 2016, 138 (49) :16130）和 An efficient and pH-universalruthenium-based catalyst for the hydrogen evolution reaction(NatureNanotechnology 2017 , 12 (5) :441)就报道了钌催化剂可以作为非常高效的析氢反应催化剂。此外，Ruthenium-cobalt nanoalloys encapsulated in nitrogen-dopedgraphene as active electrocatalysts for producing hydrogen in alkaline media(Nature Communications, 2017 , 8 :14969) 也证明在过渡金属上稍微加上一点金属钌就可以增加电催化析氢反应的效果。

但是，单纯的钌催化剂与铂相比消耗量相差不大，而且活性位点也不是很多，不利于其在商业上的发展。

发明内容

针对现有技术存在的上述技术问题，本发明的目的在于提供一种多孔空心的RuP@PNC催化剂及其制备方法和应用，本发明的RuP@PNC催化剂具有优越的析氢反应效果和较好的稳定性。

一种多孔空心的RuP@PNC催化剂，其特征在于该催化剂为核壳结构，所述催化剂的核层为磷化钌，所述催化剂的壳层为掺杂氮的多孔碳材料。

所述的一种多孔空心的RuP@PNC催化剂的制备方法，其特征在于将铁盐、钌盐、磷化物、氮化物、碳化物和致孔剂溶于水中，搅拌混合均匀后，混合液蒸干水分得到固体产物，将固体产物撵磨均匀，然后在氮气气氛下煅烧，得到掺杂氮的多孔碳材料包覆铁磷钌化合物的煅烧产物，煅烧产物置于1~5mol/L的盐酸水溶液中，溶解除去产物中的铁元素而形成产物中部分的空心，过滤，滤渣干燥，即得所述多孔空心的RuP@PNC催化剂。

所述的一种多孔空心的RuP@PNC催化剂的制备方法，其特征在于具体包括以下步骤：