[发明专利]一种高效简易合成Ru纳米线的方法

说明书

本发明公开了一种高效简易合成Ru纳米线的方法，通过水热法合成了形貌均一、分散性良好的钌纳米线。首先，将一定量的水合三氯化钌和聚乙烯吡咯烷酮（PVP）溶解在去离子水中搅拌混合，得到的混合溶液加入一定量的次磷酸钠水溶液，所得到的混合液室温下搅拌0.5 h，然后将上述溶液转移到25 mL含聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，密封并置于200℃的烘箱中反应6 h。反应结束后自然冷却至室温，向所得黑色分散液中加入丙酮离心分离，所得黑色沉淀用去离子水/丙酮洗涤三次，最后分散在水和乙醇的混合溶液里超声使其均匀分散。本发明所得到的钌纳米线可作为电解水的阴极材料，在宽pH范围内均表现出了良好的产氢性能。

技术领域

本发明属于光电功能材料技术领域，涉及电催化材料，具体涉及一种高效简易合成Ru纳米线的方法。

背景技术

化石燃料是维持现代生活的能源基础，近几十年来，随着世界人口的增长和工业化的不断发展，化石燃料的消耗加快。并且，化石燃料的燃烧会排放二氧化碳及其他危险气体或空气粉尘颗粒，从而导致严重的环境问题。因此，开发清洁和可再生的化石燃料替代能源对于可持续发展至关重要。氢能是理想的选择之一，可以通过电解水的方式制氢。其中，在电催化制氢技术领域，催化剂Ru纳米晶由于具有价格低廉、过电位低、电流密度高和稳定性好等因素被应用于电解水的阴极材料。为了提高电催化制氢的效率，通常对合成的电催化材料提出了更多的要求。

阴极电催化剂是电解水制氢体系的关键材料，影响电催化产氢的效率。目前在宽pH范围的电解液中钌基纳米材料具有优异的性能表现，尽管钌基纳米材料是一种具有优异性能和稳定性的电解水阴极材料，但是暴露不同晶面、不同形貌的钌纳米晶具有不同的活性表现，对其进行简易合成是研究的方向。针对这一问题，可以采用还原性程度不同的还原剂调控，控制钌晶核的形成和生长，从而控制其形貌。

钌纳米晶及其衍生物广泛应用于各种重要的工业催化反应，包括甲醇氧化、费-托合成、C-H键的活化等反应。Ru具有与Pt相似的金属-氢键强度（~65 kcal mol^-1），最近，钌基纳米晶被证明是一种很有前景的电化学析氢反应催化剂。不同形貌的纳米材料的简易合成是难点，在目前已有的报道中，无论在水相或是多元醇中合成所得的钌（Ru）纳米晶均为无规则形貌的纳米多面体小颗粒，调控合成不同形貌的钌纳米材料仍需更为深入的探索。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种具有良好水/乙醇相分散性、形貌均一的，且具有良好的电催化性能的钌纳米线及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种高效简易合成Ru纳米线的方法，在水相体系利用次磷酸钠的还原作用高温下合成了均一分散的Ru纳米线，具体步骤如下：

（1）将水合三氯化钌和聚乙烯吡咯烷酮（PVP）溶解在去离子水中，搅拌得到混合溶液；

（2）向步骤（1）得到的混合溶液中加入一定量的次磷酸钠水溶液；

（3）高温水热反应6 h，反应结束后自然冷却至室温，向所得黑色分散液中加入丙酮离心分离得到黑色沉淀；

（4）所得黑色沉淀用去离子水/丙酮洗涤三次，最后通过超声使其均匀分散在水和乙醇的混合溶液里。

进一步，所述步骤（1）中，水合三氯化钌的用量为0.06 mmol，PVP的用量为80 mg，去离子水的用量为13 mL。

进一步，所述步骤（2）中，次磷酸钠水溶液的浓度为1 mmol/L，用量为100 μL。

进一步，所述步骤（3）中，反应温度为200℃。