一种Ru/Y(OH)3杂合纳米结构及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于电化学领域，特别涉及一种Ru/Y(OH)­3杂合纳米结构及其制备方法和应用。所述Ru/Y(OH)­3杂合纳米结构的制备方法通过将六水合硝酸钇、聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基三甲基溴化铵的固体以及三氯化钌的水溶液超声混合均匀，然后油浴升温，磁力搅拌下逐滴加入硼氢化钠溶液，保温回流后自然冷却至室温，最后经离心分离、洗涤干燥后得Ru/Y(OH)3杂合纳米结构。本发明专利技术的制备方法反应条件简单，可重复性强；本发明专利技术所述的Ru/Y(OH)3杂合纳米结构在碱性条件下具有优异的电催化析氢活性和稳定性，发展前景良好。

A Ru/Y(OH)3 Hybrid Nanostructure and Its Preparation and Application

The invention belongs to the field of electrochemistry, in particular to a Ru/Y(OH) 3 hybrid nanostructure, its preparation method and application. The preparation method of the Ru/Y(OH) 3 hybrid nanostructure is that the solid of yttrium nitrate hexahydrate, polyvinylpyrrolidone, cetyltrimethylammonium bromide and ruthenium trichloride aqueous solution are uniformly mixed by ultrasound, then the oil bath is heated, and the sodium borohydride solution is added drop by drop under magnetic stirring, and the solution is naturally cooled to room temperature after heat preservation and reflux, and finally Ru/Y is obtained after centrifugal separation, washing and drying.\uff08 OH)3 hybrid nanostructures. The preparation method of the invention has simple reaction conditions and strong repeatability; the Ru/Y(OH)3 hybrid nanostructure of the invention has excellent electrocatalytic hydrogen evolution activity and stability under alkaline conditions, and has good development prospects.

【技术实现步骤摘要】
一种Ru/Y(OH)3杂合纳米结构及其制备方法和应用
本专利技术属于电化学领域，特别涉及一种Ru/Y(OH)3杂合纳米结构及其制备方法和应用。
技术介绍
传统化石能源的不断减少加剧了世界范围内的能源危机，新型可再生绿色能源的开发和利用成为现代科学工作者们研究的重点。氢能作为一种具有高能量密度、绿色无污染的能源，被认为是21世纪最具发展前景的新能源之一。电解水制氢(HER)是一种有效地制备氢气的手段，但目前商业化使用的Pt催化剂存在着地球储量少，使用成本高且电催化稳定性有待进一步提升的缺点。此外，目前HER的研究多集中在酸性条件下，但是工业化的电解水制氢过程是在碱性条件下进行的，碱性条件下HER催化剂的发展缓慢。因此，新型高效碱性析氢电催化剂的开发意义重大且仍是一个挑战。研究表明钌(Ru)具有良好的碱性析氢能力，且价格约仅为贵金属Pt的1/25，但其纳米颗粒在电催化测试的过程中容易团聚，循环稳定性有待进一步提高。作为一种重要的的稀土化合物，氢氧化钇(Y(OH)3)具有优异的抗腐蚀性和结构稳定性，因此可能改善Ru催化剂的电催化稳定性。但目前钇基材料多用于光学、超导以及传感等领域，在电化学领域鲜有报道。
技术实现思路
为了克服现在技术中的缺点与不足，本专利技术的目的在于提供一种Ru/Y(OH)3杂合纳米结构及其制备方法和应用，所述制备方法简单易操作，可重复性强。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种Ru/Y(OH)3杂合纳米结构，所述Ru纳米颗粒锚定在Y(OH)3基底上。优选地，所述Ru纳米颗粒为六方相钌晶体，所述Y(OH)3为无定形结构。一种Ru/Y(OH)3杂合纳米结构的制备方法，包括以下步骤：(1)将钌源、钇源和表面活性剂超声混合均匀并加热处理，磁力搅拌下逐滴加入还原剂，保温回流2小时，自然冷却至室温，得到混合物；(2)将步骤(1)所得的混合物洗样、离心分离、真空干燥，获得产物Ru/Y(OH)3杂合纳米结构。优选地，所述步骤(1)钌源和钇源的物质的量之比为1:1~10:1。优选地，所述步骤(1)加热的方式为油浴加热，加热时间为2小时。优选地，所述还原剂为pH值为11的硼氢化钠溶液。优选地，所述表面活性剂为PVP和CTAB。优选地，所述步骤(2)洗样所用的溶液为体积比1:1的乙醇与水的混合溶液。优选地，所述钌源为RuCl3，所述钇源为Y(NO3)3·6H2O。所述Ru/Y(OH)3杂合纳米结构作为电催化剂在碱性析氢中的应用。本专利技术与现有技术相比，其有益效果为：（1）本专利技术采用简单易行的原位还原法制备所述Ru/Y(OH)3杂合纳米结构。制备过程中，钌源为RuCl3，钇源为Y(NO3)3·6H2O，表面活性剂为PVP和CTAB。NaBH4同时作为还原剂和pH调节剂，提供碱性环境加速钇源水解得到氢氧化钇。所述制备方法简单易行，可重复性强；产物尺寸分布均匀，均一性好。（2）本专利技术所得的Ru/Y(OH)3杂合纳米结构表现出优于纯Ru纳米颗粒的起始电位和塔菲尔斜率，接近于商业化20%Pt/C催化剂。在10mAcm-2的电流密度下，Ru/Y(OH)3杂合纳米结构的过电势为100mV，明显优于纯Ru纳米颗粒的198mV且接近商业化20%Pt/C的89mV。值得一提的是经过20000圈循环伏安法测试后，Ru/Y(OH)3杂合纳米结构仍表现出良好的电催化活性没有明显衰减，说明本专利技术所得的Ru/Y(OH)3杂合纳米结构具有优异的电催化稳定性。附图说明附图1为实施例1制得Ru纳米颗粒的EDS图；附图2为实施例1制得Ru纳米颗粒的TEM图；附图3为实施例1制得Ru纳米颗粒的XRD图；附图4为实施例2制得Y(OH)3的EDS图；附图5为实施例2制得Y(OH)3的TEM图；附图6为实施例2制得Y(OH)3的XRD图；附图7为实施例2制得Y(OH)3的热重分析图；附图8为实施例3制得Ru/Y(OH)3杂合纳米结构的SEM图；附图9为实施例3制得Ru/Y(OH)3杂合纳米结构的HRTEM图；附图10为实施例3制得Ru/Y(OH)3杂合纳米结构的元素分布像；附图11为实施例3制得Ru/Y(OH)3杂合纳米结构的线扫图；附图12为实施例4制得Ru/Y(OH)3杂合纳米结构的TEM图；附图13为实施例5制得产物的TEM表征图；附图14为实施例3制得Ru/Y(OH)3杂合纳米结构的LSV图；附图15为实施例3制得Ru/Y(OH)3杂合纳米结构的Tafel图；附图16为实施例3制得Ru/Y(OH)3杂合纳米结构的稳定性能测试图；附图17为实施例3制得Ru/Y(OH)3杂合纳米结构经过稳定性测试后的TEM图；附图18为实施例1制得Ru纳米颗粒经过稳定性测试后的TEM表征图。具体实施方式下面通过具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明。但本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本专利技术，而不应视为限定本专利技术的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件按照说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。实施例1Ru纳米颗粒的制备在50mL的三颈烧瓶中，依次加入220mgPVP，360mgCTAB，10mL浓度为0.16mmol/L的RuCl3溶液，超声混合均匀；油浴升温至110oC，磁力搅拌下缓慢滴加NaBH4溶液(0.53mol/L，10mL)，110oC保温回流2h；自然冷却至室温后用乙醇和水(体积比为1:1)的混合溶液洗涤，离心干燥后即得产物Ru纳米颗粒。附图1为产物的EDS图，表征产物的元素组成。其中，Cu元素和C元素来源于碳支持膜铜网，O元素来源于吸附在产物表面的capping试剂与空气，Ru元素为产物的组成。附图2为产物的TEM图，说明产物为纳米颗粒形貌。附图3为产物的XRD图，其特征峰与六方相钌(标准卡片编号JCPDS65-1863)的衍射峰相匹配，说明产物为六方相Ru纳米颗粒。实施例2絮状Y(OH)3的制备在50mL的三颈烧瓶中，依次加入61.3mgY(NO3)·6H2O，220mgPVP，360mgCTAB，10mL超纯水，超声混合均匀。油浴升温至110oC，磁力搅拌下缓慢滴加NaBH4溶液(0.53mol/L，10mL)，110oC保温回流2h。自然冷却至室温后用乙醇和水(体积比为1:1)的混合溶液洗涤，离心干燥后即得絮状Y(OH)3产物。附图4为产物的EDS图，表征产物的元素组成。其中，产物的主要成分是Y和O，Cu元素和C元素来源于碳支持膜铜网。附图5为产物的TEM图，说明产物为絮状形貌。附图6为产物的XRD图，没有明显的衍射峰，说明产物为无定形结构。附图7为产物的热重分析图。为了进一步确定产物的组成，我们进行了热重分析。结果表明产物损失的质量与Y(OH)3热分解失去水的质量一致，说明产物的成分为Y(OH)3。实施例3Ru/Y(OH)3杂合纳米结构的制备在50mL的三颈烧瓶中，依次加入61.3mgY(NO3)·6H2O，220mgPVP，360mgCTAB，10mL浓度为0.16mmol/L的RuCl3溶液，超声混合均匀。油浴升温至110oC，磁力搅拌下缓慢滴加NaBH4溶液(0.53mol/L，10mL)，110oC保温回流2h。自然冷却至室温后用乙醇和水(体积本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Ru/Y(OH)3杂合纳米结构，其特征在于，所述Ru纳米颗粒锚定在Y(OH)3基底上。

【技术特征摘要】
1.一种Ru/Y(OH)3杂合纳米结构，其特征在于，所述Ru纳米颗粒锚定在Y(OH)3基底上。2.根据权利要求1所述的Ru/Y(OH)3杂合纳米结构，其特征在于，所述Ru纳米颗粒为六方相钌晶体，所述Y(OH)3为无定形结构。3.权利要求1所述的Ru/Y(OH)3杂合纳米结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将钌源、钇源和表面活性剂超声混合均匀并加热处理，磁力搅拌下逐滴加入还原剂，保温回流2小时，自然冷却至室温，得到混合物；(2)将步骤(1)所得的混合物洗涤、离心分离、真空干燥，获得产物Ru/Y(OH)3杂合纳米结构。4.根据权利要求3所述的Ru/Y(OH)3杂合纳米结构的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)钌源和钇源的物质的量之比为1:1~10:1。5.根据权利要求3所述的Ru...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴志晖，刘影，包建春，陆徐云，车志文，王伟，刘静，
申请(专利权)人：南京师范大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32