一种自组装高稳定碳氮负载钌锚定富勒烯电催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种自组装高稳定碳氮负载钌锚定富勒烯电催化剂的制备方法，包括以下步骤：1)将咪唑、富勒烯C

A self-assembled highly stable carbon nitrogen supported ruthenium anchored fullerene electrocatalyst and its preparation method and Application

【技术实现步骤摘要】
一种自组装高稳定碳氮负载钌锚定富勒烯电催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于电催化
，涉及电催化剂及其制备方法，具体涉及一种自组装高稳定碳氮负载钌锚定富勒烯电催化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]电催化剂是电解水制氢工艺的关键部分。现阶段，阻碍电催化剂实现工业化应用的主要因素仍是成本及稳定性。故需开发一种低成本、高稳定性的电催化剂。
[0003]钌作为成本最低的铂族过渡金属，较商业Pt/C催化剂而言能够稳定存在于碱性介质中。富勒烯是目前唯一具有明确分子结构的可溶性碳材料，具有独特的中空笼状结构，其表面的高电子亲和力使其导电性好、比表面积大。
[0004]现阶段对钌富勒烯电催化剂的研究仍处于探索阶段，因富勒烯表面缺乏活性位点，要实现金属与富勒烯的复合一般需先进行富勒烯改性，如Feng等构建了RuNP@RuNx
‑
OFC/NC核壳结构，通过RuNP与碳笼上原子分布的Ru位点之间的高效电子传输，提高HER电催化性能。为简化工艺，加速金属富勒烯电催化剂的市场应用，专利技术一种金属与富勒烯直接复合获得电催化剂的策略具有重要意义。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种自组装高稳定碳氮负载钌锚定富勒烯电催化剂及其制备方法和应用，将金属钌镶嵌在富勒烯晶格内，制备出高稳定性的碳氮负载钌锚定富勒烯电催化剂，工艺简单、成本低、且具有优异的电化学析氢性能及化学稳定性。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0007]一种自组装高稳定碳氮负载钌锚定富勒烯电催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0008]1)按物质的量比为(4～6):1将咪唑、富勒烯C
60
溶于有机溶剂中，搅拌得到咪唑浓度为0.03～0.05M的混合溶液A；
[0009]2)将钌化合物加入无水乙醇中，常温下磁力搅拌，得到0.03～0.05M的溶液B；
[0010]3)将溶液B滴加入溶液A得到溶液C，其中溶液A与溶液B的体积比为(3～6)：1，在磁力搅拌器搅拌条件下将所得混合溶液C均匀分装入壁厚耐压玻璃反应器中，150～200℃下溶剂热反应12～48h，反应结束冷却至室温；
[0011]4)对上述溶剂热产物使用乙醇和甲苯交替抽滤清洗，干燥得到前驱物D，将其置于真空管式炉中进行热处理，升温速率为2～15℃/min，热处理温度为500～900℃，保温时间为1～4h，即可得到目标产物Ru
‑
C
60
/NC。
[0012]优选的，步骤1)中所述的有机溶剂为甲苯、氯苯或四氯化碳。
[0013]优选的，步骤1)中所述的搅拌为采用玻璃棒搅拌3～5min。
[0014]优选的，步骤2)中所述的钌化合物为Ru(OAc)3、RuCl3或(C5H5)2Ru中的任意一种。
[0015]优选的，步骤2)中所述的磁力搅拌为采用转速为300～600rad/min的磁力搅拌器搅拌20～50min。
[0016]优选的，步骤3)中所述的磁力搅拌器转速为300～600r/min。
[0017]优选的，步骤3)中所述的厚壁耐压玻璃反应器的容量为25ml，壁厚0.5cm，填充比为40％～60％。
[0018]优选的，步骤4)中所述的干燥为在50～80℃烘箱干燥6～18h。
[0019]本专利技术还保护一种如上所述的方法制备的自组装高稳定碳氮负载钌锚定富勒烯电催化剂及其在电解水制氢中的应用。
[0020]本专利技术与现有技术相比，具有如下技术效果：
[0021]本专利技术通过简单溶剂热法，获得钌富勒烯复合物前驱体，金属钌与C
60
配位能够大幅提高C
60
在高温下的结晶稳定性，进一步对高热稳定性的前驱体进行热烧结加固钌与C
60
的结合，金属钌镶嵌在富勒烯晶格内，获得高电化学稳定性且完整保留C
60
晶体结构的Ru
‑
C
60
/NC复合材料，工艺简单、成本低；
[0022]本专利技术制备出具有晶体结构的高热稳定性的金属钌锚定富勒烯纳米晶；
[0023]本专利技术的Ru
‑
C
60
/NC复合材料将金属钌镶嵌在富勒烯晶格内，富勒烯作为电子传输机制加速体系内电子转移速率从而大幅提高催化剂析氢性能。
附图说明
[0024]图1是本专利技术实施例1制备的Ru
‑
C
60
/NC
‑
850℃电催化材料的XRD图的；
[0025]图2是本专利技术实施例1制备的Ru
‑
C
60
/NC
‑
850℃电催化材料的TEM图(2nm)；
[0026]图3是本专利技术实施例1制备的Ru
‑
C
60
/NC
‑
850℃电催化材料的TEM图(10nm)；
[0027]图4是本专利技术实施例1制备的Ru
‑
C
60
/NC
‑
850℃电催化材料在1M KOH中的i
‑
t曲线图；
[0028]图5是本专利技术实施例1制备的Ru
‑
C
60
/NC
‑
850℃电催化材料在1M KOH中的LSV曲线。
具体实施方式
[0029]以下结合实施例对本专利技术的具体内容做进一步详细解释说明。
[0030]实施例1：
[0031]1)将108mg咪唑、288mgC
60
溶于50ml甲苯中，玻璃棒搅拌3min，得到混合溶液A；
[0032]2)将126mg(C5H5)2Ru加入10mg无水乙醇中，常温下置于磁力搅拌器上，350rad/min搅拌45min，得到溶液B；
[0033]3)将10ml溶液B滴加入50ml溶液A，在磁力搅拌条件下将所得混合溶液C均匀分装入25ml壁厚0.5cm的耐压玻璃反应器中，160℃下溶剂热反应24h，反应结束冷却至室温。其中，磁力搅拌器转速为350r/min，混合溶液C与厚壁耐压玻璃反应器填充比为40％；
[0034]4)对上述溶剂热产物使用乙醇和甲苯交替抽滤清洗，70℃烘箱干燥8h得到前驱物D，将其置于真空管式炉中进行热处理，热处理温度为850℃，保温时间为1h，升温速率为5℃/min，即可得到目标产物Ru
‑
C
60
/NC。
[0035]对实施例1制备的Ru
‑
C
60
/NC电催化材料进行XRD分析，结果参见图1，从图中可知该目标产物与C
60
PDF标准卡片中的三强峰完全吻合，且2θ在44.005
°
时出现特征衍射峰，由此
可知本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自组装高稳定碳氮负载钌锚定富勒烯电催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)按物质的量比为(4～6):1将咪唑、富勒烯C
60
溶于有机溶剂中，搅拌得到咪唑浓度为0.03～0.05M的混合溶液A；2)将钌化合物加入无水乙醇中，常温下磁力搅拌，得到0.03～0.05M的溶液B；3)将溶液B滴加入溶液A得到溶液C，其中溶液A与溶液B的体积比为(3～6)：1，在磁力搅拌器搅拌条件下将所得混合溶液C均匀分装入壁厚耐压玻璃反应器中，150～200℃下溶剂热反应12～48h，反应结束冷却至室温；4)对上述溶剂热产物使用乙醇和甲苯交替抽滤清洗，干燥得到前驱物D，将其置于真空管式炉中进行热处理，升温速率为2～15℃/min，热处理温度为500～900℃，保温时间为1～4h，即可得到目标产物Ru
‑
C
60
/NC。2.如权利要求1所述的自组装高稳定碳氮负载钌锚定富勒烯电催化剂的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述的有机溶剂为甲苯、氯苯或四氯化碳。3.如权利要求1所述的自组装高稳定碳氮负载钌锚定富勒烯电催化剂的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述的搅拌为采...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄剑锋，雒甜蜜，冯永强，曹丽云，胡郁竹，袁成科，朱文洁，高梦婷，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：