[发明专利]钌基催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明属于电化学催化技术领域，具体涉及一种钌基催化剂及其制备方法和应用。本发明钌基催化剂包括碳载体以及负载于碳载体上的钌基二硫族化合物，属于一种负载型催化剂。通过在碳载体上负载钌基二硫族化合物，可以提高钌基二硫族化合物颗粒的分散度，且碳载体还可以提供大量的孔结构，避免高温退火处理时发生颗粒团聚，提供更多的活性位点。本发明提供的钌基催化剂的成本显著低于Pt/C催化剂，不仅具有较高的催化活性，在酸性溶液和碱性溶液体系中均表现出优异的电化学析氢性能，有望代替商业用Pt/C催化剂，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于电化学催化技术领域，具体涉及一种钌基催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

日益增长的能源需求和不断恶化的自然环境问题使得人类迫切寻找有望成为传统化石能源替代者的可持续新能源，目前已经开发出比如风能、太阳能、潮汐能等能源技术，但是它们都有一个明显的弊端，就是波动性、间歇性，导致其难以大规模储存，形成很多的废电、弃电。近几十年来，氢能受到越来越多的关注，因为它具有能量密度高、清洁无污染等特点，被认为是理想的能源载体。通过电解水制氢技术，可以将波动的、难以储存的新能源大规模转化为氢能，减少能源的浪费。且与传统的化石燃料重整制氢技术相比，电解水制氢的纯度更高、原料丰富、能源利用率更高，且运作条件更加温和，并无有害气体的排放。为了实现高效的制氢反应，往往需要催化剂来克服缓慢的动力学过程。目前为止，铂族贵金属依然是最高效的催化剂，但是由于资源储备有限，该系列催化剂成本过高，严重限制了其商用化应用，因此迫切需要寻找可代替铂的高效且成本价格相对低廉的析氢催化剂。

金属钌作为催化剂，其活性位点与氢具有和铂类似的结合强度(65kcal mol^-1)，而且虽然同为贵金属元素，但是钌的成本仅为Pt的1/15，是有望替代铂的理想析氢催化剂种类。此外，过渡金属(Fe，Co，Ni等)二硫化合物虽然具有一定的析氢催化性能，但是其活性相对较低，且在酸性条件下并不稳定。

发明内容

本发明的目的是提供一种钌基催化剂及其制备方法和应用，旨在解决现有贵金属催化剂存在的成本较高和耐酸性较差的技术问题。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明一方面提供了一种钌基催化剂，其包括碳载体以及负载于所述碳载体上的钌基二硫族化合物。

本发明另一方面提供一种钌基催化剂的制备方法，其包括如下步骤：

提供碳载体、钼源和含硫族元素的前驱体；

将所述碳载体、所述钌源和所述含硫族元素的前驱体经混合处理和退火处理，得到所述钌基催化剂。

本发明再一方面提供上述钌基催化剂或上述钌基催化剂的制备方法制备得到的钌基催化剂在电解水制氢中的应用。

本发明提供的钌基催化剂包括碳载体以及负载于碳载体上的钌基二硫族化合物，属于一种负载型催化剂。该钌基催化剂通过在碳载体上负载钌基二硫族化合物，可以提高钌基二硫族化合物颗粒的分散度，且碳载体还可以提供大量的孔结构，避免高温退火处理时发生颗粒团聚，提供更多的活性位点。本发明提供的钌基催化剂的成本显著低于Pt/C催化剂，不仅具有较高的催化活性，在酸性溶液和碱性溶液体系中均表现出优异的电化学析氢性能，有望代替商业用Pt/C催化剂，具有良好的应用前景。

本发明提供的钌基催化剂的制备方法通过将碳载体、钌源和含硫族元素的前驱体经混合处理和退火处理，使所得钌基催化剂具有较高的催化活性且在酸性溶液和碱性溶液体系中均表现出优异的电化学析氢性能。同时，本发明提供的钌基催化剂的制备方法中，可以通过简单调整钌源和碳载体的比例来达到期望的催化剂载量，具有易于调控的优点。此外，本发明提供的钌基催化剂的制备方法工艺条件可控，可重复性好，生产效率高，有效降低了生产成本。