一种一锅法制备类三明治结构Ni@Ru纳米电催化剂的方法

一种一锅法制备类三明治结构ni@ru纳米电催化剂的方法
技术领域
1.本发明涉及一种一锅法制备ni@ru类三明治电催化剂的方法，属于新型功能材料技术领域。


背景技术：

2.由于传统化石燃料的大规模使用导致资源逐渐枯竭，而且日益严重的环境危机正以前所未有的趋势影响着全球社会，这使得开发绿色和可持续能源以取代化石燃料等非可再生能源变得至关重要。由于氢能拥有储量丰富、无污染，零碳含量、热值高等优点，被认为是最有发展潜力的缓解能源问题的清洁能源而引起人们的广泛关注。电化学分解水作为一种绿色大规模产氢的技术，面临的最大挑战依然是克服阴极氢化反应和阳极氧化反应的慢动力学所造成的高过点位，所以合理开发设计性能优良、成本低廉的双功能电催化剂迫在眉睫。
3.众所周知，贵金属因其高催化活性而被认为是her或oer中最先进的催化剂，然而，由于资源稀缺且成本高昂，这些催化剂在电化学分解水的工业应用中受到限制，所以人们考虑用非贵金属代替贵金属应用到电催化中，但效果尽不如人意。在贵金属中钌具有与铂相似电子特性，且成本仅为铂的五分之一，为电催化反应效率提升提供了独特的解决方案，在此背景下，为了减少贵金属的使用已经开发了众多催化剂，如纳米笼或纳米框架，极大的扩大了催化剂的表面积，增多了活性中心，但是存在着原料浪费、反应过程比较复杂，无法精确定量控制等缺点，因此，本发明通过一锅法制备六边形类三明治形状的ni@ru电催化剂，贵金属钌外壳选择性的在低成本过渡金属核心六边形镍棒周围生长，克服了制备方法复杂，产物成分不均一，无法精确定量控制等缺点，而且减少了贵金属的使用，节省成本的同时该催化剂具备钌基材料高催化性能的优势，为电解水反应方面提供了更有前景的方法。


技术实现要素：

4.针对现有技术的上述不足之处，本发明提供了一种一锅法制备类三明治ni@ru电催化剂的方法，该制备方法工艺简单，成本低廉，条件宽泛，而且制备的ni@ru电催化剂尺寸均一，形貌规整，具有优异的电解水产氧和产氢催化性能，具有较高的实际应用价值。
5.本发明的目的是通过以下技术方案实现的：1）按一定摩尔比分别称取均苯三甲酸、六水合氯化镍和三氯化钌于烧杯中；2）向步骤1）所用烧杯中按一定比例加入n,n-二甲基甲酰胺和水，随后在超声池中超声以促进氯化镍和三水合氯化钌混合均匀以形成墨绿色均质溶液；3）将步骤2）所得混合溶液转移至聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，将反应釜置于140oc恒温鼓风干燥箱中反应24h；4）将步骤3）所得反应混合物离心分离，并依次用n,n-二甲基甲酰胺、水、乙醇进行洗涤，然后在60oc下真空干燥后即得到最终产物。
6.本发明的有益效果：1）本发明提供了一种一锅法制备ni@ru电催化剂的方法，制备方法简单易操作，不需要特殊的设备，成本低廉且适于大规模制备，仅需一次反应即可制备ni@ru电催化剂，可以满足实际应用的需求；2）本发明制备的ni@ru电催化剂形貌尺寸均匀，产物纯度高，产率高；3） 本发明制备的ni@ru复合电催化剂具有优异的电解水产氢及产氧催化性能，并且具有良好的稳定性；4）本发明方法使用普通设备可以完成样品制备，不需要专用设备，且工艺过程简便。
附图说明
7.图1、2为本发明方法所制备的ni@ru电催化剂用日本电子jeol-1400透射电子显微镜观察后拍摄的多张透射电镜（tem）照片中的之一；其中，图1为ni@ru电催化剂低倍tem图像，图2为ni@ru电催化剂高倍tem图像；图3是本发明方法所制备的ni@ru电催化剂的x射线衍射（xrd）图，从图中可以看出实验所得谱图和模拟谱图中衍射峰位置以及峰形很好的吻合，证明二者结构一致，所制备样品纯度良好。
具体实施方式
8.下面通过具体实施实例并结合附图对本发明的内容作进一步详细说明，但这些实施例并不限制本发明的保护范围。
9.实施例1首先分别称取0.5 mmol均苯三甲酸、0.67 mmol六水合氯化镍和0.33 mmol三氯化钌溶解到6 ml n,n-二甲基甲酰胺和4 ml水的混合溶液中，在超声池进行超声使其充分混合后形成墨绿色溶液，将溶液转移至聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，放入120oc恒温鼓风干燥箱中反应24小时，然后离心分离，依次用n,n-二甲基甲酰胺、水、乙醇超声清洗后在60oc真空干燥下烘干，制得ni@ru电催化剂。
10.实施例2首先分别称取0.5 mmol均苯三甲酸、0.67 mmol六水合氯化镍和0.33 mmol三氯化钌溶解到8 ml n,n-二甲基甲酰胺和2 ml水的混合溶液中，在超声池进行超声使其充分混合后形成墨绿色溶液，将溶液转移至聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，放入120oc恒温鼓风干燥箱中反应24小时，然后离心分离，依次用n,n-二甲基甲酰胺、水、乙醇超声清洗后在60oc真空干燥下烘干，制得ni@ru电催化剂。
11.实施例3首先分别称取0.5 mmol均苯三甲酸、0.67 mmol六水合氯化镍和0.33 mmol三氯化钌溶解到6 ml n,n-二甲基甲酰胺和4 ml水的混合溶液中，在超声池进行超声使其充分混合后形成墨绿色溶液，将溶液转移至聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，放入140oc恒温鼓风干燥箱中反应24小时，然后离心分离，依次用n,n-二甲基甲酰胺、水、乙醇超声清洗后在60oc真空干燥下烘干，制得ni@ru电催化剂。
12.实施例4首先分别称取0.5 mmol均苯三甲酸、0.5 mmol六水合氯化镍和0.5 mmol三氯化钌溶解到6 ml n,n-二甲基甲酰胺和4 ml水的混合溶液中，在超声池进行超声使其充分混合后形成墨绿色溶液，将溶液转移至聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，放入140oc恒温鼓风干燥箱中反应24小时，然后离心分离，依次用n,n-二甲基甲酰胺、水、乙醇超声清洗后在60oc真空干燥下烘干，制得ni@ru电催化剂。
13.实施例5首先分别称取0.5 mmol均苯三甲酸、0.75 mmol六水合氯化镍和0.25mmol三氯化钌溶解到4 ml n,n-二甲基甲酰胺和6 ml水的混合溶液中，在超声池进行超声使其充分混合后形成墨绿色溶液，将溶液转移至聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，放入160oc恒温鼓风干燥箱中反应24小时，然后离心分离，依次用n,n-二甲基甲酰胺、水、乙醇超声清洗后在60oc真空干燥下烘干，制得ni@ru电催化剂。


技术特征：
1.一种ni@ru电催化剂，所述纳米粒子具有类三明治结构，粒径约为50 nm，厚度约为20 nm。2.一种一锅法ni@ru电催化剂的制备方法，其特征在于制备方法的步骤如下：1）称取一定摩尔比的均苯三甲酸、六水合氯化镍和三氯化钌溶解到n,n-二甲基甲酰胺和水的混合溶剂中；2）将上述步骤1）所得混合溶液超声，混合均匀后转移到聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，在恒温鼓风干燥箱中进行加热反应；3）离心并洗涤干燥得到黑色粉末状产品。3.根据权利要求2所述的ni@ru电催化剂的制备方法，其特征在于，步骤1）所用六水合氯化镍与三氯化钌的摩尔比在1：1到3：1之间。4.根据权利要求2所述的ni@ru电催化剂的制备方法，其特征在于，步骤1）所用配体为均苯三甲酸来调控形貌。5.根据权利要求2所述的ni@ru电催化剂的制备方法，其特征在于，步骤1）所用溶剂为n,n-二甲基甲酰胺和水。6.根据权利要求2所述的ni@ru电催化剂的制备方法，其特征在于，步骤2）所述反应温度区间为100-160
o
c，反应时间为6到24小时。

技术总结
本发明涉及Ni@Ru电催化剂及其制备方法，属于新型纳米催化材料制备领域。本发明所用材料合成方法为水热法。具体步骤如下：首先将均苯三甲酸、六水合氯化镍和三氯化钌溶解到N,N-二甲基甲酰胺和水的混合溶液中，超声使其充分混合后，将溶液转移聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，并将其放入恒温鼓风干燥箱中加热反应。将所得产物离心、洗涤和干燥后得到黑色粉末状固体即为所述Ni@Ru电催化剂。本发明制备方法简便易行，合成的催化材料性能稳定，实验条件温和，工艺过程绿色环保，适合大规模生产。适合大规模生产。


技术研发人员：许晨 徐波 王洋洋 温欣
受保护的技术使用者：济南大学
技术研发日：2022.06.07
技术公布日：2022/8/12