一种二碲化钌纳米管、制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种二碲化钌纳米管、制备方法及其应用，本发明专利技术通过自模板法制备了二碲化钌纳米管：首先制备碲纳米管；接着在碲纳米管表面通过聚合反应包覆钌离子掺杂的聚多巴胺，得到钌离子掺杂聚多巴胺包覆的碲纳米管；最后高温煅烧得到二碲化钌纳米管。该二碲化钌纳米管呈纳米管形貌，具有较大的比表面积和孔隙率，可暴露更多催化活性位点，有利于电催化过程的电解液扩散和气体释放，作为催化剂应用于电解水制氢中，能有效降低电解水反应过电位，提高析氢电流密度，表现出优异的电催化析氢性能，因此本发明专利技术制备的二碲化钌纳米管有望成为商用铂基材料的替代材料，具有良好的应用前景。景。景。

【技术实现步骤摘要】
一种二碲化钌纳米管、制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于电化学催化
，特别涉及一种二碲化钌纳米管、制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]电解法以水为原料，是一种清洁、可持续的大规模制备氢气的方法。目前，高耗能、低效率是电解水制氢的最大障碍，为了提高电解效率和节约成本，需要高活性、廉价的电化学催化剂用于水分解的两个半反应——析氢反应和析氧反应。目前催化活性最高的析氢催化剂为铂(Pt)基材料，但由于Pt较低的储量和较高的成本限制了其规模化应用。
[0003]氢化酶是自然界中存在的一类生物酶，理论上具有超过Pt的析氢电催化活性。而过渡金属硫族化合物具有与氢化酶类似的结构和成分，近年来作为一类高效的析氢电催化剂被广泛研究。其中，研究较多是过渡金属硫化物(TMSs)和过渡金属硒化物(TMSes)，而对于过渡金属碲化物(TMTes)的研究相对较少。在元素周期表中，Te和Se、S都同属于VIA族元素，因此Te元素的化学性质和Se、S具有一定程度的相似性。Te和Se、S都有相同的6个最外层电子数和相似的氧化价态，由于元素的最外层电子结构往往决定相应化合物的化学性质，这意味着TMTes具有与TMSes、TMSs类似的析氢电催化活性。此外，Te的金属性较Se和S更强，意味着TMTes具有更好的导电性，更有利于电催化反应。
[0004]近年来，研究者们对TMTes在水分解电催化领域进行了有益的探索。例如，Lu等人报道了CoTe2纳米结构应用于电催化析氢的研究。由于Te具有较小的电负性，因此CoTe2对H2的吸附强度较弱，有利于H2的脱附。Wang等人采用ZIF
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67作为前驱体制备了CoTe2包裹在氮掺杂碳纳米管内的复合材料(CoTe2@NCNTFs)，CoTe2中Co的3d轨道电子以低自旋形式形成t2g6eg1，从而使得其具有金属导电性，因此具备快速电荷转移和出色的水分解电催化性能。
[0005]目前主流的制备TMTes的方法是将Te粉高温升华气化后与过渡金属前驱体进行反应制得，Te粉在这个过程中仅作为Te源使用，通常需要过量的Te粉以保证碲化反应的充分进行，该制备方法存在Te粉利用率低和利用形式单一的缺陷。另外，从催化性能角度分析，廉价过渡金属碲化物与Pt基材料相比析氢电催化性能较差，而钌(Ru)基材料电催化析氢性能较高，Ru的价格仅为Pt的价格的4％。鉴于此，本专利技术开发了一种具有规整纳米管形貌的的钌(Ru)基碲化物，具体为二碲化钌纳米管。

技术实现思路

[0006]针对现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供了一种二碲化钌纳米管、制备方法及其应用。该二碲化钌纳米管由RuTe2纳米颗粒均匀负载在碳载体上构成，具有较大的比表面积和孔隙率，可以暴露更多的催化活性位点，有利于电催化过程的电解液扩散和气体释放，作为催化剂应用于电解水制氢中表现出优异的电催化析氢性能。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
[0008]本专利技术的第一方面提供了一种二碲化钌纳米管的制备方法，包括以下步骤：
[0009]S1、水热法制备碲纳米管，记作Te NTs：
[0010]将亚碲酸钠和聚乙烯吡咯烷酮溶解于混合溶剂中，再加入氨水和水合肼，进行水热反应，得到碲纳米管(Te NTs)；
[0011]S2、制备钌离子掺杂聚多巴胺包覆的碲纳米管，记作Ru
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PDA@Te NTs：
[0012](1)将碲纳米管和盐酸多巴胺分散于去离子水中，形成Te
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多巴胺络合物溶液；
[0013](2)向Te
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多巴胺络合物溶液中加入有机溶剂和氨水，引发多巴胺在碲纳米管表面进行聚合反应，得到聚多巴胺包覆的碲纳米管，记作PDA@Te NTs；
[0014](3)将聚多巴胺包覆的碲纳米管(PDA@Te NTs)和三氯化钌分散于有机溶剂中，搅拌，得到钌离子掺杂聚多巴胺包覆的碲纳米管(Ru
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PDA@Te NTs)；
[0015]S3、制备二碲化钌纳米管，记作RuTe
2 NTs：
[0016]将钌离子掺杂聚多巴胺包覆的碲纳米管(Ru
‑
PDA@Te NTs)置于保护性气体氛围下进行煅烧，获得二碲化钌纳米管(RuTe
2 NTs)。
[0017]优选地，步骤S2中，所述碲纳米管和盐酸多巴胺的质量比为1：0.2～1，进一步优选为1：0.50～0.65。
[0018]优选地，步骤S2中，所述聚合反应的温度为室温，所述聚合反应的时间为0.5～3h，进一步优选为0.5～2h。
[0019]优选地，步骤S2中，所述PDA@Te NTs和三氯化钌的质量比为1：0.1～0.3，进一步优选为1：0.2～0.3。
[0020]优选地，步骤S2中，所述有机溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、四氢呋喃中的一种或者两种以上的组合。
[0021]优选地，步骤S3中，所述保护性气体为氮气、惰性气体或者氢气与惰性气体的混合气体。
[0022]优选地，步骤S3中，所述煅烧过程中，从室温升温至煅烧温度的速率为1～5℃/min，进一步优选为2～4℃/min。
[0023]优选地，步骤S3中，所述煅烧时间为1～3h，进一步优选为1.5～2h。
[0024]优选地，步骤S3中，所述煅烧温度为500～1000℃，进一步优选为500～800℃。
[0025]优选地，所述混合溶剂为去离子水和丙酮的混合溶液。
[0026]本专利技术的第二方面提供了上述制备方法得到的二碲化钌纳米管。
[0027]本专利技术的第三方面提供了上述二碲化钌纳米管作为催化剂在电解水制氢中的应用。
[0028]本专利技术具备如下有益效果：
[0029](1)本专利技术通过自模板法制备了具有独特纳米管形貌的二碲化钌纳米管：首先制备Te NTs；接着在Te NTs表面通过聚合反应包覆钌离子掺杂的聚多巴胺，得到Ru
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PDA@Te NTs；最后在保护性气体氛围下煅烧得到RuTe
2 NTs。其中，Te NTs在保护性气体氛围下高温煅烧时，从内部开始升华气化与外部的钌离子发生碲化反应生成RuTe2，聚多巴胺则高温碳化为碳载体材料担载RuTe2，同时Te NTs又兼具了空心纳米管结构的自模板，因此Te的利用率高，碲化反应充分。本专利技术制备的二碲化钌纳米管独特的纳米管形貌具有高比表面积、高孔隙率和高原子利用率等优点，可以暴露更多的催化活性位点，同时有利于产生气体的释
放，从而提高了其电催化析氢性能。
[0030](2)与商用的铂基材料相比，本专利技术制备的二碲化钌纳米管(即RuTe
2 NTs)应用于电解水制氢中时，能有效降低电解水反应过电位，提高析氢电流密度，表现出更高的电催化析氢性能，实验结果表明在0.5M H2SO4和1M KOH溶液中，RuTe
2 NTs分别仅需13mV和16mV的过电位就能产生10mA<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二碲化钌纳米管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、水热法制备碲纳米管：将亚碲酸钠和聚乙烯吡咯烷酮溶解于混合溶剂中，再加入氨水和水合肼，进行水热反应，得到碲纳米管；S2、制备钌离子掺杂聚多巴胺包覆的碲纳米管：(1)将碲纳米管和盐酸多巴胺分散于去离子水中，形成Te
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多巴胺络合物溶液；(2)向Te
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多巴胺络合物溶液中加入有机溶剂和氨水，引发多巴胺在碲纳米管表面进行聚合反应，得到聚多巴胺包覆的碲纳米管；(3)将聚多巴胺包覆的碲纳米管和三氯化钌分散于有机溶剂中，搅拌，得到钌离子掺杂聚多巴胺包覆的碲纳米管；S3、制备二碲化钌纳米管：将钌离子掺杂聚多巴胺包覆的碲纳米管置于保护性气体氛围下进行煅烧，获得二碲化钌纳米管。2.根据权利要求1所述的二碲化钌纳米管的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述碲纳米管和盐酸多巴胺的质量比为1：0.2～1。3.根据权利要求1所述的二碲化钌纳米管的制备方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：纪律律，应玉龙，叶永庆，蒋昆，叶剑诚，王晟，王騊，
申请(专利权)人：永氢常州能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：