[发明专利]一种Ru-WOx

说明书

本发明提供一种Ru‑WO_x纳米线HER催化剂及其制备方法，涉及的复合材料包括载体和以团簇形式负载于所述载体表面的Ru，所述载体的化学式为WO_x，其中2≤x≤3，所述复合材料中，Ru的含量为0.1‑5wt%。

技术领域

本发明涉及一种电解水析氢反应(HER)阴极催化剂及其制备方法，具体涉及一种WO_x纳米线负载Ru单质HER催化剂及其制备方法。

背景技术

全球化石能源的紧缺，生态环境不断恶化，极端气候频发等问题引起人民的高度关注和担忧，寻找新型的可替代能源成为一项重要的可持续发展策略，氢气具有高能量密度和无污染等优点被认为是一种极具潜力的新型能源。我国明确指出了未来氢能发展的目标并且出台了相关政策和措施，但是在氢能的制备和收集上仍然存在很多科学问题。电解水作为一种非常理想的制氢方法，但是目前的主要电催化析氢反应(HydrogenEvolutionReaction，HER)催化剂为贵金属Pt，其高昂的价格极大增加了使用的成本，限制了电解水制氢工业的发展。寻求廉价的替代催化剂以及简易低成本的工艺技术成为目前该方向研究的热点问题。

目前国内外所报道的电解水催化剂主要分为贵金属和非贵金属，虽然非贵金属催化剂(如Co、Ni、Cu等)价格较为廉价，但是普遍的问题是催化反应的活性不够，在催化反应中往往需要较高的过电位，而且反应的稳定性也不如贵金属催化剂；贵金属催化剂(如Pt、Pd、Ph、Ru等)具有很高的电催化析氢活性，并且拥有不错的稳定性，但是价格昂贵，增大了使用的成本。

发明内容

综合多方面的考虑，本发明旨在克服现有HER非贵金属催化剂催化活性不够，贵金属催化剂使用含量较高导致成本上升，并且制备方法繁杂，不宜大规模商业使用的问题，提供一种成本较低的贵金属Ru负载WO_x纳米线复合物催化剂及其制备方法。

在此，一方面，本发明提供一种复合材料，包括载体和以团簇形式负载于所述载体表面的Ru，所述载体的化学式为WO_x，2≤x≤3，所述复合材料中，Ru的含量为0.1-1.5wt％。

本发明的所述Ru-WO_x复合材料是利用WO_x本身的弱还原性将钌源直接原位还原形成。WO_x粉末状固体拥有良好的线状结构，有利于Ru团簇的负载。在WO_x载体表面修饰极低含量的贵金属Ru，可作为HER催化剂使用。Ru的含量为0.1-5wt％，是一种极低含量的贵金属负载型催化剂材料，能同时兼顾催化性能和抑制成本，极具大规模商业使用的价值，能够有效地促进氢经济的发展。Ru和WO_x载体间形成协同催化作用，表现出高的HER催化活性和稳定性。本发明的一实施形态的复合材料，在10mA cm-2的电流密度下，其过电位仅45mV，活性与20％的Pt/C相当，在10小时的持续工作情况下依然保持80％以上的活性；其高催化活性和高稳定性主要来源于Ru和WOx的载体之间的协同催化作用。

较佳地，所述复合材料中，Ru的含量为2-4wt％。

较佳地，所述载体的形貌为海胆状的纳米线，主要是由于醇解反应所得，故呈现为发散的线状，直径为5-10nm，长度为50-100nm。由此，相对于传统的颗粒和块状材料，能暴露更多的活性位点。

较佳地，Ru的尺寸为1-2nm。

另一方面，本发明还提供一种上述复合材料的制备方法，其特征在于，包括：

将钨盐与第一溶剂混合得到混合溶液，将所述混合溶液于150-200℃进行热处理后，经离心、干燥得到WO_x粉末状固体；

将所述WO_x粉末状固体与第二溶剂、钌源混合，搅拌12-15小时，然后将所得悬浊液经离心、干燥得到前驱体粉体；