一种Ni/Mo/Ru复合材料的制备方法及其在电解水制氢的应用技术

本发明专利技术涉及功能性材料技术及电解水制氢领域，具体涉及一种Ni/Mo/Ru复合材料的制备方法及其在电解水制氢的应用。本发明专利技术利用水热法合成镍钼前驱体，后利用前驱体吸附钌离子并经过氩氢气氛还原，合成了均匀负载在泡沫镍上的Ni/Mo/Ru复合材料催化剂，提高了材料的催化效率，降低钌的用量的成本。本发明专利技术合成的催化剂应用于电解水析氢表现出较好的催化性能，在1M KOH下电流密度10mA/cm2的工作条件中过电位仅有25mV，且催化剂的电子传输速率也较快，将其应用于电解水析氧和全解水也有不错的催化性能，能推动电化学制氢技术的发展与应用。能推动电化学制氢技术的发展与应用。能推动电化学制氢技术的发展与应用。

【技术实现步骤摘要】
一种Ni/Mo/Ru复合材料的制备方法及其在电解水制氢的应用


[0001]本专利技术涉及功能性材料技术及电解水制氢领域，具体涉及一种Ni/Mo/Ru复合材料的制备方法及其在电解水制氢的应用。

技术介绍

[0002]氢气具有高能量密度和零二氧化碳排放的特点，被认为是一种良好的绿色能源，可作为传统化石燃料的替代品。近来，电解水制氢反应(HER)作为产生高纯度氢气的一种有效方法，引起了越来越多的关注。贵金属铂(Pt)作为常用的基准HER电催化剂，在目前的电解水析氢生产工艺中起着主导作用，但Pt的稀缺性和高成本性严重阻碍了其在电催化HER中的大规模应用。因此，需要开发高效、地球资源相对丰富的非/低含量贵金属电催化剂来取代铂基材料。
[0003]贵金属钌的价格和储量与铂相比，均有优势，是一种理想的良性替代品。在2019年，有研究报道了一种NiFeRu
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LDH材料，分别将Ni、Fe和Ru金属盐加入到水溶液中，通过水热合成法制备了三金属层状氢氧化物催化剂，该催化剂在后续的HER测试过程中，表现出较好的活性，在电流密度为10mV/cm2时，过电位仅29mV，其中钌的加入促进了水的解离，加快了反应动力学。此外，在过去研究电解水析氢反应的历程中，各种镍或钼基组成的氧化物、氢氧化物和层状双氢氧化物均被报道作为HER催化剂，但单纯的钼镍基催化效果并不理想，需要添加金属钌增强催化性能。而目前大部分催化剂所需添加的金属钌含量多，成本大，因此需要研发提高金属钌催化效率的方法，以降低催化剂中钌的用量，降低成本。

技术实现思路

[0004]为了克服上述现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种Ni/Mo/Ru复合材料的制备方法及其在电解水制氢的应用，本专利技术所合成的催化剂应用于电解水析氢、析氧和全解水都有优异的催化性能，采用前驱体吸附钌及气体还原的方法有效提高金属钌的催化效率，从而降低钌的用量，解决了目前催化剂所需要添加的金属钌含量多，成本大的问题。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：
[0006]本专利技术提供了一种Ni/Mo/Ru复合材料，所述Ni/Mo/Ru复合材料由Ni、Mo和Ru组成。
[0007]优选地，所述Ni/Mo/Ru复合材料是Ni
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Mo基底材料与钌结合形成的复合材料，所述Ni/Mo/Ru复合材料均匀负载在泡沫镍上。Ni/Mo/Ru复合材料的Ru颗粒通过吸附与Ni
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Mo基底材料结合，且与Ni/Mo氧化物紧密联系。
[0008]本专利技术还提供了一种Ni/Mo/Ru复合材料的制备方法，该方法包括以下步骤：
[0009]S1、Ni
‑
Mo前驱体的制备：将预处理的泡沫镍浸入六水合硝酸镍与四水钼酸铵的混合溶液中，通过水热法反应后合成Ni
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Mo前驱体，将反应后的泡沫镍进行超声清洗得到负载Ni
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Mo前驱体的泡沫镍；
[0010]S2、Ru的吸附：将负载Ni
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Mo前驱体的泡沫镍浸入到氯化钌溶液中，室温放置使前驱体充分吸附Ru后取出样品进行干燥；
[0011]S3、Ni/Mo/Ru复合材料的制备：将S2干燥后的样品在氩氢混合气体氛围中煅烧还原，后冷却至室温得到均匀负载在泡沫镍上的Ni/Mo/Ru复合材料。
[0012]优选地，步骤1中，所述预处理为将泡沫镍的尺寸裁剪为2
×
3cm2，并分别用3M HCl和去离子水清洗待用。
[0013]优选地，步骤1中，所述混合溶液中，六水合硝酸镍的摩尔浓度为2～6μmol/ml，四水钼酸铵的摩尔浓度为5～8μmol/ml。进一步地，六水合硝酸镍的摩尔浓度为2μmol/ml，四水钼酸铵的摩尔浓度为5μmol/ml
[0014]优选地，步骤1中，所述水热法反应的温度为140～180℃，反应时间为5～7h。进一步地，所述水热法反应的温度为150℃，反应时间为6h。
[0015]优选地，步骤2中，所述氯化钌溶液的浓度为1～2mg/ml。进一步地，所述氯化钌溶液的浓度为1mg/ml。
[0016]优选地，步骤3中，所述煅烧的过程中气体流量为40～70ml/min，煅烧温度为450～550℃。进一步地，所述煅烧的过程中气体流量为50ml/min，煅烧温度为500℃。
[0017]优选地，步骤3中，所述氩氢气体中，氢气体积占总气体体积的5％。
[0018]本专利技术还提供了采用上述的制备方法制备得到的Ni/Mo/Ru复合材料的应用，所述Ni/Mo/Ru复合材料应用于催化电解水析氢、析氧和全解水反应。
[0019]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0020]本专利技术提供了一种Ni/Mo/Ru复合材料，为均匀负载在泡沫镍上的Ni
‑
Mo基底材料与钌结合形成的复合材料。复合材料的制备方法为通过水热法合成镍钼氧化物前驱体，利用前驱体吸附钌增加大量的催化活性位点，并通过气体还原使NMR均匀负载在泡沫镍上，进而使活性面积进一步增大，煅烧使钌颗粒与镍钼氧化物紧密联系，进一步提高金属钌的催化效率，降低钌的含量。本专利技术合成的复合材料催化剂应用于电解水析氢表现出较好的催化性能，在1M KOH下电流密度10mA/cm2的工作条件中过电位仅有25mV，且催化剂的电子传输速率也较快，将其应用于全解水和电解水析氧也有不错的催化性能，能推动电化学制氢技术的发展与应用。
附图说明
[0021]图1为NF
‑
co、NF
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im、NMO、NMR催化剂的X射线衍射分析图；
[0022]图2为NF
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co、NF
‑
im、NMO、NMR催化剂在1M KOH中的HER的LSV曲线；
[0023]图3为NF
‑
co、NF
‑
im、NMO、NMR催化剂在1M KOH中的HER的过电位柱状图；
[0024]图4为NF
‑
co、NF
‑
im、NMO、NMR催化剂在1M KOH中的OER的LSV曲线；
[0025]图5为NF
‑
co、NF
‑
im、NMO、NMR催化剂在1M KOH中的OER的过电位柱状图；
[0026]图6为NF
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co、NF
‑
im、NMO、NMR催化剂在1M KOH中的全解水的LSV曲线；
[0027]图7为NF
‑
co、NF
‑
im、NMO、NMR催化剂在1M KOH中的全解水的过电位柱状图；
[0028]图8为NF
‑
co、NF
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im、NMO、NMR催化剂在1M KOH中的阻抗图；
[0029]图9a～d为各催化剂在1M KOH中的CV图，其中(a)NF
‑
co；(b)NF
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Ni/Mo/Ru复合材料，其特征在于，所述Ni/Mo/Ru复合材料由Ni、Mo和Ru组成。2.根据权利要求1所述的一种Ni/Mo/Ru复合材料，其特征在于，所述Ni/Mo/Ru复合材料是Ni
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Mo基底材料与钌结合形成的复合材料，所述Ni/Mo/Ru复合材料均匀负载在泡沫镍上。3.根据权利要求1或2所述的一种Ni/Mo/Ru复合材料，其特征在于，所述Ni/Mo/Ru复合材料的制备方法包括以下步骤：S1、Ni
‑
Mo前驱体的制备：将预处理的泡沫镍浸入六水合硝酸镍与四水钼酸铵的混合溶液中，通过水热法反应合成Ni
‑
Mo前驱体，将反应后的泡沫镍进行超声清洗得到负载Ni
‑
Mo前驱体的泡沫镍；S2、Ru的吸附：将负载Ni
‑
Mo前驱体的泡沫镍浸入到氯化钌溶液中，室温放置使前驱体充分吸附Ru后取出样品进行干燥；S3、Ni/Mo/Ru复合材料的制备：将S2干燥后的样品在氩氢混合气体氛围中煅烧还原，后冷却至室温得到均匀负载在泡沫镍上的Ni/Mo/Ru复合材料。4.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：李光琴，孙亚美，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：