Ru/Fe3O4-Fe3C异质结构纳米片/氮掺杂碳的制备及其电催化应用

本发明涉及ru/fe3o4-fe3c异质结构纳米片/氮掺杂碳的制备及其电催化应用，属于材料的制备和应用领域。

背景技术：

1、化石燃料的大量使用，造成有害气体排放加剧，引起严重的环境问题。清洁可再生能源的利用引起了人们的广泛。其中水分解制备氢气成为关注的热点。氢能源是优良的能量载体，电解水制备氢气能够有效提高能源效率。寻找电催化水还原制氢气的催化剂，使其高活性、高稳定性的实现析氢反应是目前研究的重点。

2、在各种物质中，fe基材料地壳中含量较高，成本低，但导电率差限制了其广泛应用于电催化水还原反应。人们正在利用各种手段构建出更快电子传输的fe基材料，进而实现高活性的电催化反应。例如：zai等利用模板法，将fecl3·6h2o、ch3oh、油酸等合成了fe3c/pg纳米粒子，将其应用于电催化析氧反应，在299mv时达到10ma/cm2(chemicalcommunications,2018,54,3158)。lei等将fecl2·4h2o、co(nh2)2、c6h12o6、c18h29nao3s和泡沫ni混合，在120℃水热12h得到fe3c/nf，将其电催化析氧反应，在1m koh中262mv达到10ma/cm2(international journal of hydrogen energy,2019,44,16507-16515)。tsiakaras等利用间苯二酚、甲醛、(nh4)2co3、fecl3，在100℃水热24h，将产物在惰性气氛910℃焙烧3h，得到fe3o4-300@hpnc，其在电催化氧还原反应中表现出类pt的活性(electrochimica acta,2018,260,264-273)。rojas等将间苯二甲腈、zncl2、醋酸铁混合，在惰性气氛中400℃处理46h，然后在nh3/n2气氛中900℃处理30min，得到了fe/n/c催化剂，其表现出优异的电催化氧还原性能(journal of power sources,2021,490,229487)。

3、传统的化石燃料制备氢气，阻碍了绿色化工的发展。通过电催化水分解，构建ru/fe3o4-fe3c异质结构纳米片/氮掺杂碳，增强碱性电解液耐受性，有效的降低过电势，从而促进电解水工业的发展。

技术实现思路

0、
技术实现要素：

1、本发明旨在提供ru/fe3o4-fe3c异质结构纳米片/氮掺杂碳的制备及其电催化应用。

2、基于上述目的，本发明所涉及的技术方案如下：

3、(1)ru/fe3o4-fe3c异质结构纳米片/氮掺杂碳的制备：将29mg-39mg粒径为21-44nm的fe2o3纳米片(jcpds#36-0664)，142-156mg三(羟甲基)氨基甲烷，49-69mg盐酸多巴胺，分散到40ml乙醇和40ml水中，干燥后，其与146-198mg三聚氰胺、11-23mg rucl3混合，在ar氛围中470-560℃加热1-4h，得到ru/fe3o4-fe3c异质结构纳米片/氮掺杂碳。上述的制备方法，所述ru/fe3o4-fe3c异质结构纳米片/氮掺杂碳中氮掺杂碳纳米片包覆封装fe3o4-fe3c异质结构纳米片，ru负载在氮掺杂碳上，fe3o4晶相归属于标准卡片jcpds#19-0629，fe3c晶相归属于标准卡片jcpds#35-0772。

4、(2)一种上述的制备方法制备得到的ru/fe3o4-fe3c异质结构纳米片/氮掺杂碳在电催化反应中的应用；在0.5mol/l h2so4电解液时，电催化析氢反应130-160mv时，电流密度为10ma/cm2。

5、本发明具有如下优点：

6、1)提供了ru/fe3o4-fe3c异质结构纳米片/氮掺杂碳的新合成路径。

7、2)ru/fe3o4-fe3c异质结构纳米片/氮掺杂碳能够有效电催化析氢。

技术特征：

1.ru/fe3o4-fe3c异质结构纳米片/氮掺杂碳的制备其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述fe2o3纳米片质量为29mg-39mg，粒径为21-44nm，fe2o3纳米片晶相归属于标准卡片jcpds#36-0664。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述142-156mg三(羟甲基)氨基甲烷，49-69mg盐酸多巴胺，分散到40ml乙醇和40ml水中，干燥后，其与146-198mg三聚氰胺、11-23mg rucl3混合，在ar氛围中470-560℃加热1-4h，得到ru/fe3o4-fe3c异质结构纳米片/氮掺杂碳。

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述得到ru/fe3o4-fe3c异质结构纳米片/氮掺杂碳中氮掺杂碳纳米片包覆封装fe3o4-fe3c异质结构纳米片，ru负载在氮掺杂碳上，fe3o4晶相归属于标准卡片jcpds#19-0629，fe3c晶相归属于标准卡片jcpds#35-0772。

5.一种由权利要求1-4任一项所述的制备方法制备得到的ru/fe3o4-fe3c异质结构纳米片/氮掺杂碳在电催化反应中的应用；在0.5mol/l h2so4电解液时，电催化析氢反应130-160mv时，电流密度为10ma/cm2。

技术总结
本发明涉及Ru/Fe3O4‑Fe3C异质结构纳米片/氮掺杂碳的制备及其光催化应用，具体的说是将Fe2O3纳米片，三(羟甲基)氨基甲烷，盐酸多巴胺，与三聚氰胺、RuCl3反应，得到Ru/Fe3O4‑Fe3C异质结构纳米片/氮掺杂碳；该Ru/Fe3O4‑Fe3C异质结构纳米片/氮掺杂碳在电催化反应中的应用。

技术研发人员：李忠成,王文嫔
受保护的技术使用者：青岛科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11