一种Ru/RuO2/Co3O4/CC复合材料及其制备方法和应用

本发明属于电催化分解水产氢，具体涉及一种ru/ruo2/co3o4/cc复合材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、氢气因其燃烧热值高、燃烧产物清洁、可持续性等优点而受到广泛关注。如今，大部分的氢气是通过一种称为“甲烷水蒸气重整”的工艺，从天然气中提取得来，缺点是会同时释放出二氧化碳。因此，探究一种绿色无污染的制氢技术势在必行。在各种制氢方法中，电解水法具有制氢产品绿色、能量密度高、纯度高等优点，是目前最有发展潜力的制氢方法之一。电解水分为两个半反应，即阴极的析氢反应(her)和阳极的析氧反应(oer)。然而，除了商业可行性之外，在集成电解槽中单独的商用贵金属用于her (pt/c)和oer (ir/ru氧化物)催化剂的实际实施往往是困难的，受到高成本和不匹配的操作条件的阻碍。因此，迫切需要开发一种在同一电解质中能同时驱动her和oer反应的低成本且高效的电催化剂。

技术实现思路

1、为了克服现有技术中存在的不足之处，本发明的目的在于提供一种ru/ruo2/co3o4/cc复合材料及其制备方法和应用。

2、为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

3、一种ru/ruo2/co3o4/cc复合材料，所述复合材料包括碳布cc基底，碳布cc上生长有co3o4纳米片，co3o4纳米片上均匀负载有ru和ruo2纳米颗粒。

4、所述ru/ruo2/co3o4/cc复合材料的制备方法，步骤如下：

5、（1）、制备co9s8/cc复合材料：

6、将钴盐和硫源溶于乙二醇中，搅拌均匀，放入碳布，然后进行溶剂热反应，反应结束后取出碳布，洗涤、干燥，得到co9s8/cc复合材料；

7、（2）、制备co9s8/ruo2/cc复合材料：

8、（2.1）、将水溶性钌盐溶解到水中，得到钌盐溶液；

9、（2.2）、取h2o2加水稀释，配制浓度为1-6 wt%的h2o2稀释液；将h2o2稀释液滴加到步骤（2.1）所得钌盐溶液中，搅拌均匀，h2o2稀释液的用量保证滴加完毕后溶液ph在7-14；

10、（2.3）、将步骤（2.2）所得溶液全部转移到水热反应釜中，随即也将步骤（1）所得co9s8/cc复合材料全部放入，然后进行水热反应，反应结束后洗涤、干燥，得到co9s8/ruo2/cc复合材料；

11、（3）、制备ru/ruo2/co3o4/cc复合材料：

12、将步骤（2）所得co9s8/ruo2/cc复合材料在惰性气氛下，400-800 ℃煅烧3-9 h，降温至室温后，得到ru/ruo2/co3o4/cc复合材料。

13、较好地，摩尔份以mmol计、体积份以ml计，原料的用量配比为：

14、步骤（1）中，钴盐以其中的co元素计、硫源以其中的s元素计，钴盐0.5-2摩尔份、硫源0.5-2摩尔份、乙二醇20-80 体积份，碳布的面积为（6-24）cm2/mmol钴盐；

15、步骤（2.1）中，水溶性钌盐以其中的ru元素计，水溶性钌盐0.02-1摩尔份、水10-100 体积份。

16、较好地，步骤（1）中，溶剂热反应的温度为200-240 ℃、时间为6-72 h。

17、较好地，步骤（2.3）中，水热反应的温度为95-195 ℃、时间为1-9 h。

18、较好地，步骤（1）中，干燥的温度为50-80 ℃、时间为6-24 h。

19、较好地，步骤（1）中，所述钴盐为四水合醋酸钴，所述硫源为硫脲。

20、较好地，步骤（2.1）中，所述水溶性钌盐为rucl3·3h2o。

21、较好地，步骤（3）中，以1-20 ℃/ min的升温速率升温至煅烧温度。

22、所述ru/ruo2/co3o4/cc复合材料作为催化剂在电催化分解水反应中的应用。

23、本发明利用全新的固相反应策略制备ru/ruo2/co3o4/cc复合材料，即co9s8/ruo2/cc复合材料煅烧后发生了固体物质间的氧化-还原反应，co9s8转化为co3o4，ruo2转化为ru金属单质。

24、有益效果：本发明方法制备得到的ru/ruo2/co3o4/cc复合材料具有一种独特的形貌，优异的电催化性能，同时，在制备过程中，反应条件简单，操作容易，产率高，易工业化生产。

技术特征：

1.一种ru/ruo2/co3o4/cc复合材料，其特征在于：所述复合材料包括碳布cc基底，碳布cc上生长有co3o4纳米片，co3o4纳米片上均匀负载有ru和ruo2纳米颗粒。

2.一种如权利要求1所述ru/ruo2/co3o4/cc复合材料的制备方法，其特征在于，步骤如下：

3.如权利要求2所述ru/ruo2/co3o4/cc复合材料的制备方法，其特征在于，摩尔份以mmol计、体积份以ml计，原料的用量配比为：

4.如权利要求2所述ru/ruo2/co3o4/cc复合材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，溶剂热反应的温度为200-240 ℃、时间为6-72 h。

5.如权利要求2所述ru/ruo2/co3o4/cc复合材料的制备方法，其特征在于：步骤（2.3）中，水热反应的温度为95-195 ℃、时间为1-9 h。

6.如权利要求2所述ru/ruo2/co3o4/cc复合材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，干燥的温度为50-80 ℃、时间为6-24 h。

7.如权利要求2所述ru/ruo2/co3o4/cc复合材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述钴盐为四水合醋酸钴，所述硫源为硫脲。

8.如权利要求2所述ru/ruo2/co3o4/cc复合材料的制备方法，其特征在于：步骤（2.1）中，所述水溶性钌盐为rucl3·3h2o。

9.如权利要求2所述ru/ruo2/co3o4/cc复合材料的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，以1-20 ℃/ min的升温速率升温至煅烧温度。

10.一种如权利要求1所述ru/ruo2/co3o4/cc复合材料作为催化剂在电催化分解水反应中的应用。

技术总结
本发明属于电催化分解水产氢领域，公开一种Ru/RuO<subgt;2</subgt;/Co<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;/CC复合材料及其制备方法和应用。将钴盐和硫源溶于乙二醇中，搅拌均匀，放入碳布，然后进行溶剂热反应，得到Co<subgt;9</subgt;S<subgt;8</subgt;/CC复合材料；将水溶性钌盐溶解到水中，得到钌盐溶液；取H<subgt;2</subgt;O<subgt;2</subgt;加水稀释，配制浓度为1‑6 wt%的H<subgt;2</subgt;O<subgt;2</subgt;稀释液；将H<subgt;2</subgt;O<subgt;2</subgt;稀释液滴加到钌盐溶液中，搅拌均匀，H<subgt;2</subgt;O<subgt;2</subgt;稀释液的用量保证滴加完毕后溶液pH在7‑14；将所得溶液全部转移到水热反应釜中，随即也将Co<subgt;9</subgt;S<subgt;8</subgt;/CC复合材料全部放入，然后进行水热反应，得到Co<subgt;9</subgt;S<subgt;8</subgt;/RuO<subgt;2</subgt;/CC复合材料；将Co<subgt;9</subgt;S<subgt;8</subgt;/RuO<subgt;2</subgt;/CC复合材料在惰性气氛下，400‑800℃煅烧3‑9 h，得到Ru/RuO<subgt;2</subgt;/Co<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;/CC复合材料。所述Ru/RuO<subgt;2</subgt;/Co<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;/CC复合材料作为催化剂在电催化分解水反应中的应用。本发明制备的复合材料具有独特的形貌，具有优异的电催化性能。

技术研发人员：张旭东,田宛玉,谢鑫,张新刚,丁洁,刘玉山
受保护的技术使用者：郑州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14