一种钌基多元金属氧析出催化剂的制备方法技术

本发明专利技术涉及催化剂技术领域，具体涉及一种钌基多元金属氧析出催化剂的制备方法。本发明专利技术通过在三维AuCuSn合金的表面包覆非晶Ru形成核壳结构，有效的提升了Ru的利用率，同时三维结构有利于反应物输送到活性位点，共同提升了催化剂的活性。此外，非晶态材料固有的无序性可以在松散结合的原子自由体积区产生丰富的悬空键和缺陷，从而可以提供更多的活性位点，进一步提高催化活性。进一步提高催化活性。进一步提高催化活性。

【技术实现步骤摘要】
一种钌基多元金属氧析出催化剂的制备方法


[0001]本专利技术涉及催化剂
，具体涉及一种钌基多元金属氧析出催化剂的制备方法及应用。

技术介绍

[0002]这里的陈述仅提供与本专利技术有关的背景信息，而不必然构成现有技术。
[0003]酸性条件下的氧析出反应（OER）是质子交换膜电解水（PEMWE）方向中的重要电化学反应。由于该反应的动力学过于缓慢，商业化产品中往往采用Ir基催化剂，以提升反应效率。但是，Ir高昂的价格限制了其大规模应用。Ru基材料价格相对较低，具有良好的活性，被认为是最有希望替代Ir实现PEMWE技术大规模应用的酸性氧析出催化材料。然而，目前常用的非负载型催化剂中，Ru利用率通常较低，同时，该结构类型的催化剂不利于反应物的传输，这都会降低其催化效率。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在的技术问题，本专利技术提供一种钌基多元金属氧析出催化剂的制备方法及应用。本专利技术通过在三维AuCuSn合金的表面包覆非晶Ru形成核壳结构，有效的提升了Ru的利用率，同时三维结构有利于反应物输送到活性位点，共同提升了催化剂的活性。此外，非晶态材料固有的无序性可以在松散结合的原子自由体积区产生丰富的悬空键和缺陷，从而可以提供更多的活性位点，进一步提高催化活性。
[0005]为了解决以上技术问题，本专利技术的技术方案为：第一方面，本专利技术提供一种钌基多元金属氧析出催化剂的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：将1,3
‑
二甲基
‑2‑
咪唑啉酮（DMI）和去离子水进行混合，向其中加入 HAuCl4·
4H2O、CuCl2·
2H2O、SnCl4和十八胺，搅拌均匀，随后进行油浴加热，加热至110
‑
130℃反应1
‑
3h后，加入Ru(NO3)3和油胺,加热至150
‑
170℃反应1
‑
3h，反应后冷却至室温后，离心、洗涤、干燥得到产物；其中，1,3
‑
二甲基
‑2‑
咪唑啉酮和去离子水的用量分别为5
‑
15 mL 、30
‑
60 mL；HAuCl4·
4H2O、CuCl2·
2H2O、SnCl4和十八胺的用量分别为0.1
‑
0.3 mmol 、0.1
‑
0.2mmol、0.1
‑
0.2 mmol、1
‑
3 g；Ru(NO3)3和油胺的用量分别为0.1
‑
0.3 mmol 、5
‑
18 mL。
[0006]进一步的，加入HAuCl4·
4H2O、CuCl2·
2H2O、SnCl4和十八胺后，磁力搅拌5
‑
8h。
[0007]进一步的，1,3
‑
二甲基
‑2‑
咪唑啉酮和去离子水的用量分别为10 mL 、50mL。
[0008]进一步的，HAuCl4·
4H2O、CuCl2·
2H2O、SnCl4和十八胺的用量分别为0.2mmol 、0.15mmol、0.15mmol、2g。
[0009]进一步的，Ru(NO3)3和油胺的用量分别为0.2 mmol 、10 mL。
[0010]进一步的，离心速度为8000转/分；离心时间为15分钟/次。
[0011]进一步的，分别用去离子水和乙醇洗涤两次。
[0012]进一步的，在真空烘箱中进行干燥，温度为40 ℃，时间为12 h。
[0013]第二方面，本专利技术提供上述方法制备得到的钌基多元金属氧析出催化剂。
[0014]第三方面，本专利技术提供上述钌基多元金属催化剂在酸性条件下氧析出反应中的应用。
[0015]本专利技术的有益效果如下：通过在三维AuCuSn合金的表面包覆非晶Ru形成核壳结构，有效的提升了Ru的利用率，同时三维结构有利于反应物输送到活性位点，共同提升了催化剂的活性。同时，催化过程中，外部的Ru有效的保护了内部合金不被酸腐蚀。此外，非晶态材料固有的无序性可以在松散结合的原子自由体积区产生丰富的悬空键和缺陷，从而可以提供更多的活性位点，进一步提高催化活性；最后，内部合金和表面Ru之间可能发生电子转移，调控催化剂表面与反应过程中各物质间的电子相互作用，可以更多的提升Ru的本征活性。
附图说明
[0016]构成本专利技术一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0017]图1为三维AuCuSn合金的扫描电镜图。
[0018]图2为三维AuCuSn合金的透射电镜图。
[0019]图3为三维AuCuSn合金表面包覆Ru层后的扫描电镜图。
[0020]图4为三维AuCuSn合金表面包覆Ru层后的透射电镜图。
[0021]图5为三维AuCuSn合金表面包覆Ru层后的面扫图。
[0022]图6为实施例1中的电催化测试图。
具体实施方式
[0023]下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本专利技术的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0024]实施例1将10 mL 1,3
‑
二甲基
‑2‑
咪唑啉酮（DMI）和50 mL去离子水加入三口烧瓶中形成混合溶液，向其中加入0.2 mmol HAuCl4·
4H2O，0.15 mmol CuCl2·
2H2O,0.15 mmol SnCl4和2 g十八胺，磁力搅拌6h；接下来，将烧瓶放于油浴锅中，加热至120℃，持续2h；然后加入0.2 mmol Ru(NO3)3和10 mL油胺,加热至160℃，持续2h，后停止加热，冷却至室温后，通过离心收集产物，并分别用去离子水和乙醇进一步洗涤两次，在真空烘箱中进行干燥，温度为40 ℃，时间为12 h。
[0025]首先，通过湿化学法，合成了AuCuSn合金，如扫描电镜（SEM，如图1所示）和透射电镜（TEM，如图2所示）显示，AuCuSn的三维结构良好，表面没有其他的物质存在，晶格间距为0.220 nm, 小于Au(111)晶面的0.235 nm，证实了Au基合金的形成；接下来，加入Ru的前驱体和还原剂，改变反应温度，在三维AuCuSn合金的表面包覆Ru层，如扫描电镜（SEM，如图3所示）和透射电镜（TEM，如图4所示）显示，材料依然为三维结构，同时在表面出现了一层非晶态的物质，面扫结果（如图5所示）显示，AuCuSn分布在内部，Ru分布在外层，形成了核壳结
构。经过电催化测试（如图6所示），钌基多元金属催化剂AuCuSn@Ru的OER活性相对AuCuSn和商业RuO2有了明显的提升，三者在10本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钌基多元金属氧析出催化剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：将1,3
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二甲基
‑2‑
咪唑啉酮（DMI）和去离子水进行混合，向其中加入 HAuCl4·
4H2O、CuCl2·
2H2O、SnCl4和十八胺，搅拌均匀，随后进行油浴加热，加热至110
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130℃反应1
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3h后，加入Ru(NO3)3和油胺,加热至150
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170℃反应1
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3h，反应后冷却至室温后，离心、洗涤、干燥得到产物；其中，1,3
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二甲基
‑2‑
咪唑啉酮和去离子水的用量分别为5
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15 mL 、30
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60 mL；HAuCl4·
4H2O、CuCl2·
2H2O、SnCl4和十八胺的用量分别为0.1
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0.3 mmol 、0.1
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0.2mmol、0.1
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0.2 mmol、1
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3 g；Ru(NO3)3和...

【专利技术属性】
技术研发人员：宫宏宇，丁孝涛，刘志敏，苏峰，于平，黄方，王寿荣，李杰先，许蕾，王保士，
申请(专利权)人：山东赛克赛斯氢能源有限公司，
类型：发明
国别省市：