【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及催化材料生产，特别涉及一种生长在碳纳米纤维上且具有异质结构的钌铬催化材料。
技术介绍
1、今年来，能源耗竭日益严重，开发清洁环保的新型能源成为了当下的研究热点。氢能，因其具有热值高和环境友好等优点，得到了研究者们的广泛关注。在众多的制氢方法中，电解水制氢作为一种高效且无污染的制氢方法而被广泛研究。电解水过程包括析氢反应（her）和析氧反应（oer），其中析氢反应（her）是主要的产氢过程。
2、为了降低析氢反应（her）过程中的过电位，提高电解水的效率，因此需要引入合适的催化材料来提高电解水效率。目前，用于析氢反应的传统催化剂分别为贵金属pt基催化剂，但因其稀缺性和昂贵而限制了其在电解水过程中的广泛应用。因此，开发一种催化效率高、价格低且性能优异的催化材料对于电解水过程来说至关重要。
3、目前，研究人员已经研究了各种金属催化材料来取代贵金属pt，但其性能还有待进一步提高。与这些金属相比，ru具有类似于pt-h键的ru-h键，这使得宿主催化剂表现出优异的her性能。此外，钌催化剂还具有价格较低的优势。因此，它被认为是最有前途的铂替代品之一。另外，通过与me-h键能较弱的其他金属(cr、co、ni、cu等)构建ru的异质结构，可以优化ru-h的结合能，达到提高催化活性的目的。异质结构之间的强相互作用可以有效的提升电催化活性。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种生长在碳纳米纤维上且具有异质结构的钌铬催化材料，可以替代传统贵金属催化剂，在碱
2、本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
3、一种生长在碳纳米纤维上且具有异质结构的钌铬催化材料，所述钌铬催化材料的通式为：ru@cr3n0.4c1.6/cnf；
4、通过以下步骤制备而成：
5、步骤一、静电纺丝在纳米纤维上生长钌铬前驱体：
6、将氯化铬、氯化钌、十六烷基三甲基溴化铵和聚丙烯腈加到n, n-二甲基甲酰胺中，充分搅拌得到混合均匀的纺丝溶液；将纺丝溶液转移至注射器中进行静电纺丝，随后将其进行预氧化，得到了在纳米纤维上生长的钌铬前驱体；
7、步骤二、高温碳化：
8、将在纳米纤维上生长的钌铬前驱体置于两片碳板中间，然后将其放入管式炉中进行高温碳化，加热过程中通入氩气作为保护气体，最终得到了生长在碳纳米纤维上且具有异质结构的钌铬催化材料。
9、本专利技术采用碳纳米纤维作为导电基底以及异质结构纳米颗粒的生长基底，制备所得的钌-铬纳米催化材料在碳纳米纤维上以颗粒的形式分布。
10、该钌-铬异质结构催化材料，通过静电纺丝和高温碳化制备得到。相比较于常规的纯钌和纯铬催化材料，具有异质结构的钌铬催化材料催化性能大大提升。本专利技术对催化性能提升是因为相比较与纯钌和纯铬催化剂，钌铬催化材料具有异质结构，异质结构之间的强相互作用促进了催化性能的提升。此外，高温碳化过程使得钌铬催化材料从纤维内部暴露出来，暴露出更多的活性位点使得催化性能得到提升。本专利技术所制备的催化材料降低贵金属使用量的同时大大提升了催化性能。通过对其进行的电化学测试证明其可以在碱性介质中实现her催化反应，具有良好的催化活性和稳定性。
11、本专利技术结合了静电纺丝和高温碳化方法制得了催化材料，制备方法简便，且引入了非贵金属对贵金属进行改性，最终得到了具有异质结构的钌铬催化材料，其在her展现出了优异的催化活性和稳定性。本专利技术钌铬催化材料微观形态为纳米颗粒结构。本专利技术在碳化过程中形成了金属ru和cr3n0.4c1.6纳米颗粒的异质结构，得益于该异质结构的强相互作用，该催化材料在碱性her方面展现出优异的性能。
12、纺丝溶液的原料配比如下：氯化铬1-2.5 mm，氯化钌0.1-0.5mm，十六烷基三甲基溴化铵 0.1-0.3g，聚丙烯腈 1-3g，n, n-二甲基甲酰胺 10-15ml。
13、纺丝工艺如下：纺丝电压 15-20kv，纺丝速率0.5-1.5ml/h，纺丝距离8-15cm，纺丝温度 25-35℃，纺丝湿度25-35%。
14、氩气的流速控制在120-150 sccm。
15、预氧化温度为300-500℃，时间2-4小时。预氧化用于提升碳纤维的刚性。
16、高温碳化温度为800-1000℃。
17、碳化程序设定：第一阶段：从室温到800-1000℃，升温速率为5℃/min，第二阶段：保温2 h，第三阶段：自然冷却到室温。预氧化后钌铬催化材料仍停留在纤维内部，无法到纤维表面有效发挥催化作用，本专利技术的高温碳化工艺非常关键，通过预氧化后特定的高温碳化工艺，使得钌铬催化材料均匀暴露在了碳纳米纤维表面，显著提升催化性能。
18、本专利技术的有益效果是：1、本专利技术的具有异质结构的钌铬催化材料，在1m koh 碱性介质中，该催化材料在析氢反应（her）过程中仅需要35 mv的过电位就可以达到10ma/cm2的电流密度。同时该催化剂具有极强的稳定性，可以保证至少150 h内稳定性不下降。
19、2、本专利技术的通过引入非贵金属铬来减少贵金属钌的使用，减少成本的同时达到了更好的催化效果。另外其制备方法结合了静电纺丝和高温碳化两种的反应过程，可重复性高，最终得到的催化剂性能优于相同条件下制备得到的纯铬和纯钌催化剂。由此可见，这是一种非常高效且稳定的析氢催化材料，且具有巨大的工业应用潜力和商业价值。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种生长在碳纳米纤维上且具有异质结构的钌铬催化材料，其特征在于，所述钌铬催化材料的通式为：Ru@Cr3N0.4 C1.6/CNF；
2.根据权利要求1所述的一种生长在碳纳米纤维上且具有异质结构的钌铬催化材料，其特征在于，纺丝溶液的原料配比如下：氯化铬1-2.5 mM，氯化钌0.1-0.5mM，十六烷基三甲基溴化铵 0.1-0.3g，聚丙烯腈 1-3g，N, N-二甲基甲酰胺 10-15mL。
3.根据权利要求1所述的一种生长在碳纳米纤维上且具有异质结构的钌铬催化材料，其特征在于，纺丝工艺如下：纺丝电压 15-20kV，纺丝速率0.5-1.5mL/h，纺丝距离8-15cm，纺丝温度 25-35℃，纺丝湿度25-35%。
4.根据权利要求1所述的一种生长在碳纳米纤维上且具有异质结构的钌铬催化材料，其特征在于，氩气的流速控制在120-150 sccm。
5.根据权利要求1所述的一种生长在碳纳米纤维上且具有异质结构的钌铬催化材料，其特征在于，预氧化温度为300-500℃，时间2-4小时。
6.根据权利要求1所述的一种生长在碳
7.根据权利要求8所述的一种生长在碳纳米纤维上且具有异质结构的钌铬催化材料，其特征在于，碳化程序设定：第一阶段：从室温到800-1000℃，升温速率为5℃/min，第二阶段：保温2 h，第三阶段：自然冷却到室温。
...【技术特征摘要】
1.一种生长在碳纳米纤维上且具有异质结构的钌铬催化材料，其特征在于，所述钌铬催化材料的通式为：ru@cr3n0.4 c1.6/cnf；
2.根据权利要求1所述的一种生长在碳纳米纤维上且具有异质结构的钌铬催化材料，其特征在于，纺丝溶液的原料配比如下：氯化铬1-2.5 mm，氯化钌0.1-0.5mm，十六烷基三甲基溴化铵 0.1-0.3g，聚丙烯腈 1-3g，n, n-二甲基甲酰胺 10-15ml。
3.根据权利要求1所述的一种生长在碳纳米纤维上且具有异质结构的钌铬催化材料，其特征在于，纺丝工艺如下：纺丝电压 15-20kv，纺丝速率0.5-1.5ml/h，纺丝距离8-15cm，纺丝温度 25-35℃，纺丝湿度25-35%。<...
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。