本發(fā)明涉及電解水制氫催化劑，具體的說是一種用于大電流密度電解水制氫的ru基催化劑及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、水電解制氫技術(shù)具有高能效、高產(chǎn)率以及能夠或者高純度綠氫等優(yōu)點，對未來的能源經(jīng)濟非常重要，然而，陰極氫析出反應中緩慢的反應動力學阻礙了其商業(yè)推廣，因此，陰極氫析出反應中催化劑起著至關(guān)重要的作用。

2、目前，電解水制氫催化劑多為pt、rh、ir等貴金屬材料，價格昂貴，因此，廉價的具有pt類金屬活性和豐富的d軌道電子的鉑族金屬釕(ru)具有良好的應用前景，但是，在實際的電化學中，隨著陰極氫析出反應進行過程中，催化劑的表面出現(xiàn)金屬團聚和表面重構(gòu)，降低釕催化劑的催化性能。現(xiàn)有技術(shù)中，為了提高釕的催化性能，將其負載在nimoo4基體上，但是，該催化劑的制備過程復雜，且只能應用與小電流密度下。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了制備大電流密度下具有較高催化活性和穩(wěn)定性的催化劑，本發(fā)明提供一種用于大電流密度電解水制氫的ru基催化劑及其制備方法。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的具體方案為：一種用于大電流密度電解水制氫的ru基催化劑，包括泡沫鎳基體以及負載在泡沫鎳基體上的活性組分，活性組分為ru摻雜co3s4。

3、作為上述一種用于大電流密度電解水制氫的ru基催化劑的一種優(yōu)化方案：所述泡沫鎳基體的孔徑為0.1-10mm、孔隙率為90-99％、孔隙密度為50-200ppi。

4、一種ru基催化劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

5、s1，將硝酸鈷、尿素和氟化銨溶于水中得到分散液，分散液和泡沫鎳(nf)混合進行反應得到泡沫鎳負載的co(oh)2/nf；

6、s2，泡沫鎳負載的co(oh)2/nf和na2s水溶液混合反應得到泡沫鎳負載的co3s4/nf；

7、s3，將泡沫鎳負載的co3s4/nf納米棒浸泡到rucl3水溶液內(nèi)進行反應得到泡沫鎳負載的ru-co3s4催化劑。

8、作為上述一種ru基催化劑的制備方法的一種優(yōu)化方案：所述s1中，分散液中硝酸鈷、尿素和氟化銨的質(zhì)量比為145.5:120:28。

9、作為上述一種ru基催化劑的制備方法的另一種優(yōu)化方案：所述s1中，分散液和泡沫鎳的反應溫度為110-130℃、壓力為2-3mpa、反應時間為3-5h。

10、作為上述一種ru基催化劑的制備方法的另一種優(yōu)化方案：所述s2中，na2s水溶液中的na2s與泡沫鎳負載的co(oh)2/nf的質(zhì)量比為10:1。

11、作為上述一種ru基催化劑的制備方法的另一種優(yōu)化方案：所述s2中，na2s水溶液的濃度為0.05-0.15g/ml。

12、作為上述一種ru基催化劑的制備方法的另一種優(yōu)化方案：所述s2中，泡沫鎳負載的co(oh)2/nf和na2s水溶液的反應溫度為100-150℃、反應壓力為2-3mpa、反應時間為5-8h。

13、作為上述一種ru基催化劑的制備方法的另一種優(yōu)化方案：所述s3中，rucl3水溶液的濃度為0.2-1mg/ml。

14、作為上述一種ru基催化劑的制備方法的另一種優(yōu)化方案：所述s3中，反應溫度為90-110℃、反應壓力為2-3mpa、反應時間為0.5-3h。

15、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有如下有益效果：

16、1、本發(fā)明提供了一種用于大電流密度電解水制氫的ru基催化劑及其制備方法，通過離子交換制備了泡沫鎳負載的ru-co3s4催化劑，即將ru原子摻雜到co3s4納米棒中，借助ru和co3s4之間的電荷轉(zhuǎn)移，改變ru的電子結(jié)構(gòu)，提高了ru催化劑活性；同時，增強co-s-ru的鍵長，抑制ru的過度氧化，使其在堿性介質(zhì)中具有優(yōu)異的氫氣析出反應(her)穩(wěn)定性。

17、2、本發(fā)明中，泡沫鎳負載的co3s4/nf浸泡到rucl3水溶液中，ru摻雜至co3s4，導致co3s4的晶格變大，進而使ru-co3s4催化劑形成粗糙表面，促進h2從催化劑表面快速溢出，使該催化劑能夠用于大電流密度電解水制氫。

技術(shù)特征：

1.一種用于大電流密度電解水制氫的ru基催化劑，其特征在于：包括泡沫鎳基體以及負載在泡沫鎳基體上的活性組分，活性組分為ru摻雜co3s4。

2.如權(quán)利要求1所述的一種用于大電流密度電解水制氫的ru基催化劑，其特征在于：所述泡沫鎳基體的孔徑為0.1-10mm、孔隙率為90-99％、孔隙密度為50-200ppi。

3.一種ru基催化劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

4.如權(quán)利要求3所述的一種ru基催化劑的制備方法，其特征在于：所述s1中，分散液中硝酸鈷、尿素和氟化銨的質(zhì)量比為145.5:120:28。

5.如權(quán)利要求3所述的一種ru基催化劑的制備方法，其特征在于：所述s1中，分散液和泡沫鎳的反應溫度為110-130℃、壓力為2-3mpa、反應時間為3-5h。

6.如權(quán)利要求3所述的一種ru基催化劑的制備方法，其特征在于：所述s2中，na2s水溶液中的na2s與泡沫鎳負載的co(oh)2/nf的質(zhì)量比為10:1。

7.如權(quán)利要求3所述的一種ru基催化劑的制備方法，其特征在于：所述s2中，na2s水溶液的濃度為0.05-0.15g/ml。

8.如權(quán)利要求3所述的一種ru基催化劑的制備方法，其特征在于：所述s2中，泡沫鎳負載的co(oh)2/nf和na2s水溶液的反應溫度為100-150℃、反應壓力為2-3mpa、反應時間為5-8h。

9.如權(quán)利要求1所述的一種ru基催化劑的制備方法，其特征在于：所述s3中，rucl3水溶液的濃度為0.2-1mg/ml。

10.如權(quán)利要求3所述的一種ru基催化劑的制備方法，其特征在于：所述s3中，反應溫度為90-110℃、反應壓力為2-3mpa、反應時間為0.5-3h。

技術(shù)總結(jié)
一種用于大電流密度電解水制氫的Ru基催化劑及其制備方法，包括泡沫鎳基體以及負載在泡沫鎳基體上的活性組分，活性組分為Ru摻雜Co<subgt;3</subgt;S<subgt;4</subgt;，本發(fā)明，提高了Ru催化劑活性；同時，增強Co?S?Ru的鍵長，抑制Ru的過度氧化，使其在堿性介質(zhì)中具有優(yōu)異的氫氣析出反應(HER)穩(wěn)定性。

技術(shù)研發(fā)人員：李文強,馮勛,張麗雷,陳海鵬,郭博文,羅惠蓮,王躍衡
受保護的技術(shù)使用者：洛陽師范學院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/26