本申请公开了一种二氧化钌/石墨烯二维材料，包括：石墨烯；二氧化钌，吸附在所述石墨烯上；其中，所述二氧化钌/石墨烯二维材料具有本征缺陷。本申请还提供了二氧化钌/石墨烯二维材料的制备方法和应用。该二氧化钌/石墨烯二维材料具有本征的氧缺陷二氧化钌结构，不需要经过酸性溶液腐蚀，有效的解决了二氧化钌氧缺陷结构只能在酸性溶液中产生的问题。陷结构只能在酸性溶液中产生的问题。
【技术实现步骤摘要】
一种二氧化钌/石墨烯二维材料、其制备方法和应用
[0001]本申请涉及一种二氧化钌/石墨烯二维材料、其制备方法和应用，属于材料领域。
技术介绍
[0002]开发高效的析氧电催化剂是电化学水裂解和再生燃料电池的关键。析氧电催化剂通常在腐蚀性溶液中工作，包括酸性和碱性电解质。目前为止，只有Ir，Ru析氧电催化剂能在各种电解质中稳定工作。特别是二氧化钌基电催化剂被认为是酸性电解质中最好的析氧电催化剂，近日，中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心周仕明研究小组与南开大学胡振芃课题组合作，通过构筑复合钌基氧化物开发出酸性条件下高效稳定的电解水催化剂，该复合钌基氧化物在极化电流达到10mAcm-2
的电流密度下仅需要171mV的过电位，是截至目前相关领域报道的最低值。二氧化钌优异的酸性析氧电催化活性的原理二氧化钌基复杂化合物中的过渡金属元素被酸腐蚀浸出，导致氧不饱和的Ru位的出现，成为高活性催化位点。这种缺陷结构导致了二氧化钌析氧活性的提升。然而，二氧化钌在碱性溶液中工作时这种缺陷结构很少形成，这是由于复合钌基氧化物的过渡金属元素很难在碱性电解质中溶解，析出。因此，二氧化钌在碱性电解质中需要240mV的过电位才能达到10mAcm-2
的极化电流密度，远远落后于最优的碱性析氧电催化剂(190mV的过电位，达到10mAcm-2)，这阻碍了二氧化钌在碱性电催化中的应用。综上，目前的二氧化钌只能在酸性电解液中高效工作，在碱性电解液中工作效率低下。但是现有的制备方法无法制备出具有本征缺陷结构的二氧化钌。因此，开发无需腐蚀的、具有本征缺陷结构的二氧化钌结构是开发超高活性并且能够在不同电解液中工作的析氧催化剂的理想途径。
技术实现思路
[0003]根据本申请的第一方面，提供了一种二氧化钌/石墨烯二维材料，该二氧化钌/石墨烯二维材料具有本征的氧缺陷二氧化钌结构，不需要经过酸性溶液腐蚀，有效的解决了二氧化钌氧缺陷结构只能在酸性溶液中产生的问题。
[0004]所述二氧化钌/石墨烯二维材料，包括：石墨烯；二氧化钌，吸附在所述石墨烯上；其中，所述二氧化钌/石墨烯二维材料具有本征缺陷。
[0005]可选地，所述二氧化钌/石墨烯二维材料的厚度为1～20nm。
[0006]可选地，所述二氧化钌/石墨烯二维材料的厚度为1～9nm。
[0007]可选地，所述二氧化钌/石墨烯二维材料的比表面积为50～300m
2 g-1
。
[0008]可选地，所述二氧化钌/石墨烯二维材料的比表面积为125～300m
2 g-1
。
[0009]可选地，所述二氧化钌/石墨烯二维材料中Ru的配位数小于6。
[0010]可选地，所述二氧化钌/石墨烯二维材料为二氧化钌与石墨烯的二维异质结构。
[0011]可选地，所述二氧化钌/石墨烯二维材料中石墨烯与二氧化钌的质量之比为5～95:100。
[0012]可选地，所述二氧化钌/石墨烯二维材料中石墨烯与二氧化钌的质量之比为5:
100、10:100、15:100、20:100、25:100、30:100、35:100、40:100、45:100、50:100、55:100、60:100、65:100、70:100、75:100、80:100、85:100、90:100、95:100。
[0013]根据本申请的第二方面，提供了一种二氧化钌/石墨烯二维材料的制备方法，包括：a)制备含有钌前驱体、氧化石墨烯的溶液；b)干燥所述溶液；以及c)在非活性气体的存在下，对步骤b)中干燥后的固体进行退火，得到所述二氧化钌/石墨烯二维材料。
[0014]可选地，所述钌前驱体选自三氯化钌或三氯化钌水合物。
[0015]可选地，所述步骤a)包括：分别配制氧化石墨烯分散液和含有钌前驱体的溶液；将所述含有钌前驱体的溶液加入到所述氧化石墨烯分散液中并混匀。
[0016]可选地，氧化石墨烯分散液的溶剂为水，浓度为0.5～5g/L；含有钌前驱体的溶液的溶剂为水，浓度为10～100g/L。
[0017]可选地，氧化石墨烯分散液的浓度的上限选自1g/L、1.5g/L、2g/L、2.5g/L、3g/L、3.5g/L、4g/L、4.5g/L或5g/L。
[0018]可选地，氧化石墨烯分散液的浓度的下限选自0.5g/L、1g/L、1.5g/L、2g/L、2.5g/L、3g/L、3.5g/L、4g/L或4.5g/L。
[0019]可选地，含有钌前驱体的溶液的浓度的上限选自15g/L、20g/L、25g/L、30g/L、35g/L、40g/L、45g/L、50g/L、55g/L、60g/L、65g/L、70g/L、75g/L、80g/L、85g/L、90g/L、95g/L或100g/L。
[0020]可选地，含有钌前驱体的溶液的浓度的下限选自10g/L、15g/L、20g/L、25g/L、30g/L、35g/L、40g/L、45g/L、50g/L、55g/L、60g/L、65g/L、70g/L、75g/L、80g/L、85g/L、90g/L或95g/L。
[0021]可选地，所述氧化石墨烯分散液的浓度为1g/L；所述含有钌前驱体的溶液的浓度为20g/L。
[0022]可选地，步骤a)中，钌前驱体与氧化石墨烯的质量之比为0.1～10:1。
[0023]可选地，步骤a)中，钌前驱体与氧化石墨烯的质量之比为0.1:1、0.5:1、1:1、2:1、3:1、4:1、5:1、6:1、7:1、8:1、9:1、10:1。
[0024]优选地，步骤a)中，钌前驱体与氧化石墨烯的质量之比为0.5:1。
[0025]可选地，所述加入为逐滴加入，滴加时间为5～20分钟；所述混匀包括：室温下搅拌10～30分钟。
[0026]可选地，所述干燥为冷冻干燥。
[0027]可选地，在冷冻干燥机中使用液氮进行所述冷冻干燥。
[0028]可选地，所述冷冻干燥的条件为：干燥温度为-100～-25℃；干燥气压为10～40Pa；干燥时间为1～5天。
[0029]可选地，所述非活性气体选自氮气、氩气、氦气、氖气、氩气、氪气、氙气中的至少一种。
[0030]可选地，退火温度为200～500℃；退火时间为2～10小时。
[0031]可选地，退火温度的上限选自250℃、300℃、350℃、400℃、450℃或500℃。
[0032]可选地，退火温度的下限选自200℃、250℃、300℃、350℃、400℃或450℃。
[0033]可选地，退火温度为300℃；退火时间为4小时。
[0034]作为一种具体实施方式，本专利技术是这样实现的：一种本征缺陷二氧化钌/石墨烯二
维材料的制备方法，包括以下步骤：
[0035](1)将钌前驱体和氧化石墨烯用去离子水溶解配制成溶液，其中，钌前驱体为三氯化钌或三氯化钌水合物。
[0036](2)将步本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种二氧化钌/石墨烯二维材料，其特征在于，包括：石墨烯；二氧化钌，吸附在所述石墨烯上；其中，所述二氧化钌/石墨烯二维材料具有本征缺陷。2.根据权利要求1所述的二维材料，其特征在于，所述二氧化钌/石墨烯二维材料的厚度为1～20nm；优选地，所述二氧化钌/石墨烯二维材料的比表面积为50～300m2g-1
；优选地，所述二氧化钌/石墨烯二维材料中Ru的配位数小于6；优选地，所述二氧化钌/石墨烯二维材料中石墨烯与二氧化钌的质量之比为5～95:100。3.权利要求1或2所述的二氧化钌/石墨烯二维材料的制备方法，其特征在于，包括：a)制备含有钌前驱体、氧化石墨烯的溶液；b)干燥所述溶液；以及c)在非活性气体的存在下，对步骤b)中干燥后的固体进行退火，得到所述二氧化钌/石墨烯二维材料。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述钌前驱体选自三氯化钌或三氯化钌水合物。5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤a)包括：分别配制氧化石墨烯分散液和含有钌前驱体的溶液；将所述含有钌前驱体的溶液加入到所述氧化石墨烯分散液中并混匀；优选地，所述氧化石墨烯分...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴忠帅，李亚光，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。