[发明专利]一种非晶Ru-RuOx复合纳米颗粒催化剂的制备方法及应用

说明书

本发明涉及金属催化剂领域，公开了一种非晶Ru‑RuOsubgt;x/subgt;复合纳米颗粒催化剂的制备方法及应用，制备方法包括以下步骤：S1、将尿素高温煅烧，产物冷却、洗涤、干燥后制得氮化碳载体；S2、将氮化碳粉末超声分散后逐滴加入金属前驱Rusubgt;3/subgt;(CO)subgt;12/subgt;溶液，搅拌过夜后旋转蒸发出溶剂并真空干燥，得到吸附在氮化碳载体上的Ru/g‑Csubgt;3/subgt;Nsubgt;4/subgt;；S3、在氢氩气氛下将S2制得的Ru/g‑Csubgt;3/subgt;Nsubgt;4/subgt;进行退火处理后得到非晶Ru/CN结构的负载型催化剂；S4、步骤S3得到的负载型催化剂高温氧化后得到非晶Ru‑RuOsubgt;x/subgt;/CN(RRCN)结构的负载型催化剂。本发明通过利用羰基钌作为金属前驱，制备出了单分散的非晶Ru‑RuOsubgt;x/subgt;纳米颗粒催化剂，同时存在Ru和RuOsubgt;x/subgt;组分，在水溶液中且不添加空穴牺牲试剂的条件下，表现出了优异的光催化产氢活性。

技术领域

本发明涉及金属非晶纳米颗粒催化剂领域，具体的是一种非晶Ru-RuOx复合纳米颗粒催化剂的制备方法及应用。

背景技术

氢气(H₂)由于其环保和高能量容量的特点，被认为是未来解决全球能源及环境危机的一种非常有前途的能源载体。太阳能驱动的利用半导体纳米材料从水中生成H₂是一个吸引人的解决方案，并被深入研究。目前，大多数开创性的光催化产H₂系统都是基于进一步添加牺牲剂，如三乙醇胺(TEOA)、三乙胺(TEA)、乙酸乙酯(EAA)用于清除空穴，抑制不需要的电子-空穴复合，延长电荷分离态的寿命，从而有效地析氢。这无疑增加了建设大规模可再生能源设施的经济负担。

此外，在过去的几十年里，非晶态纳米颗粒表现出与结晶纳米颗粒不同的物理和化学性质，如各向同性、丰富的缺陷和不饱和的配位位点，它在许多方面都具有优异的光/电催化性能。然而，在温和的条件下合成非晶态金属纳米材料仍然是一个很大的挑战，这主要是因为金属原子通过无取向的金属键结合在一起，然后通过平移运动形成晶体。此外，由于金属键比过渡金属键更强，贵金属基非晶结构更难以合成。

综上所述，现有的催化体系仍存在很多问题，比如需要牺牲试剂、催化剂制备复杂且原料用量大、反应活性不足以及稳定性差等问题。

发明内容

为解决上述背景技术中提到的不足，本发明目的在于提供一种非晶Ru-RuOx复合纳米颗粒催化剂的制备方法及应用，通过羰基钌表面羰基的保护制备出了单分散的钌金属非晶纳米颗粒催化剂，同时，氮化碳基底表面丰富的N原子与金属钌非晶纳米颗粒形成稳定的Ru-N键，进而产生强烈的金属载体相互作用，使得一步合成的非晶Ru-RuO_x纳米颗粒中的Ru位点作为产氢位点，RuO_x位点作为捕获空穴位点，在没有牺牲剂存在的情况下实现了高效的光催化产氢性能。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种非晶Ru-RuO_x复合纳米颗粒催化剂的制备方法，包括以下步骤：

S1、将尿素高温煅烧一段时间后，用去离子水和乙醇洗去未聚合的尿素和杂质后，离心处理后置于真空干燥箱中干燥过夜，制得氮化碳；

S2、将制备的氮化碳粉末分散加入到甲醇溶液中超声分散，然后向分散液中逐滴加入溶解于甲醇溶液中的金属前驱Ru₃(CO)₁₂溶液，搅拌过夜后，旋转蒸发出溶剂并真空干燥后得到吸附在氮化碳载体上的Ru/g-C₃N₄；

S3、在氢氩气氛下将S2制得的Ru/g-C₃N₄进行退火处理后得到非晶Ru/CN结构的负载型催化剂；