一种富缺陷二氧化钌气凝胶催化剂的制备方法及应用

本发明属于电催化水裂解领域，具体涉及一种富缺陷二氧化钌气凝胶催化剂的制备方法及应用。

背景技术：

1、21 世纪以来，化石燃料的大量消耗和其所带来的能源和环境问题受到了越来越多的关注，发展绿色可持续的新能源以替代日益枯竭的传统化石能源逐渐成为全人类的共识。因此，寻找新型高效环境友好型的能源是解决能源危机的一个重要途径。自然界中的各种可持续能源，例如太阳能、风能、潮汐能等，通常具有间歇性的特点，因此很难直接应用到人类的生产生活中。所以，发展高效的能源转化和储存技术对于可持续能源的开发和利用具有重要意义。在众多的清洁能源中， 氢能作为一种理想的二次能源，具有能量密度高、燃烧产物清洁无污染、来源丰富等众多优点，被认为是替代化石能源的最佳能源载体。目前，氢气主要是由化石燃料（煤、石油、天然气等）通过重整反应制得，但是，这种方法需要消耗化石燃料，并排放大量的温室气体，因此不能从根本上解决能源和环境问题。相较之下，通过电解水技术直接将水转化为氢气和氧气则提供了一种更理想的制氢途径，其中阴极发生的是析氢反应（her）；阳极发生的是析氧反应（oer）。oer是一个四电子转移过程，其动力学迟缓的特点使之成为电解水的瓶颈，导致制氢效率低，能耗高。因此，需要开发高活性oer催化剂降低该反应的能耗，这样才能有望实现电化学水分解的大规模实际应用。酸性oer催化剂以ru基和ir基材料为主，其中ru基纳米材料通常表现出较高的催化活性，因此受到许多研究者的关注。但是ruo2在高电位工作条件下容易发生电化学溶解，稳定性较差。

2、目前，基于气凝胶辅以缺陷修饰贵金属的研究还不够完善，设计与开发一种富缺陷二氧化钌气凝胶催化剂的制备方法及在析氧中的应用具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有技术存在的缺点和不足，而提供一种富缺陷二氧化钌气凝胶催化剂的制备方法及应用。

2、本发明的第一个方面是提供一种富缺陷二氧化钌气凝胶催化剂的制备方法，包括如下步骤：

3、s1：将钌源、硒源和水混合均匀得到溶液a，将还原剂与水混合均匀得到溶液b，将溶液a加入到溶液b中，反应后洗涤，得到ru2se as;

4、s2:将步骤s1得到的ru2se as负载在炭黑上，经过洗涤、冷冻干燥后获得负载在炭黑上的ru2se气凝胶(ru2se as)；

5、s3：将步骤s2得到的负载在炭黑上的ru2se气凝胶进行热处理得到产物（se-ruo2as）。

6、优选的，步骤s1中，所述钌源ru元素前驱体，所述硒源为se元素前驱体。

7、优选的，所述钌源为三氯化钌。

8、优选的，：所述硒源为亚硒酸。

9、优选的，所述的还原剂为硼氢化钠。

10、优选的，步骤s2中，所述ru2se as和炭黑分别用乙醇分散超声均匀后再将两者混合在一起，离心后冷冻干燥，使得ru2se as负载到炭黑上。

11、优选的，步骤s2中，所述炭黑为vulcan xc72r carbon。

12、优选的，步骤s2中，所述的冷冻干燥的温度为-20~-70℃，压强小于1mpa，冷冻干燥时间为20-28h。

13、优选的，步骤s3中，热处理方法为煅烧法，煅烧温度为200~400℃，煅烧时间为12~18h，煅烧气氛为空气。

14、本发明的第二个方面是提供一种如上所述的制备方法制备得到的富缺陷二氧化钌气凝胶催化剂在电催化水裂解析氧中的应用。

15、本发明的有益效果如下：

16、本发明以三氯化钌、亚硒酸为前驱体，通过硼氢化钠还原得到ru2se气凝胶，负载在碳上后结合后续的热处理过程通过热处理过程形成丰富的晶界和晶格畸变，得到富含缺陷的ru基纳米材料。

17、se-ruo2as的表面积几乎是商用ruo2的20倍。表面积的增加通常有助于提高催化活性。同时，中孔和大孔结构的存在促进了催化剂物种的高度分散，并有效地阻止了中间体在催化剂表面的过度生长，从而稳定了暴露的活性位点。在0.5m h2so4下，se-ruo2as在10 macm-2的过电位为169 mv，优异于商业ruo2(300 mv)。同时，se-ruo2as酸性条件下的稳定性的也优异于商业ruo2，在0.5m h2so4中，10 ma cm-2的电流密度下的稳定性为48小时。

技术特征：

1.一种富缺陷二氧化钌气凝胶催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种富缺陷二氧化钌气凝胶催化剂的制备方法，其特征在于：步骤s1中，所述钌源ru元素前驱体，所述硒源为se元素前驱体。

3.根据权利要求2所述的一种富缺陷二氧化钌气凝胶催化剂的制备方法，其特征在于：所述钌源为三氯化钌。

4.根据权利要求2所述的一种富缺陷二氧化钌气凝胶催化剂的制备方法，其特征在于：所述硒源为亚硒酸。

5.根据权利要求1所述的一种富缺陷二氧化钌气凝胶催化剂的制备方法，其特征在于：所述的还原剂为硼氢化钠。

6.根据权利要求1所述的一种富缺陷二氧化钌气凝胶催化剂的制备方法，其特征在于：步骤s2中，所述ru2se as和炭黑分别用乙醇分散超声均匀后再将两者混合在一起，离心后冷冻干燥，使得ru2se as负载到炭黑上。

7.根据权利要求1所述的一种富缺陷二氧化钌气凝胶催化剂的制备方法，其特征在于：步骤s2中，所述炭黑为vulcan xc72r carbon。

8.根据权利要求1所述的一种富缺陷二氧化钌气凝胶催化剂的制备方法，其特征在于：步骤s2中，所述的冷冻干燥的温度为-20~-70℃，压强小于1mpa，冷冻干燥时间为20-28h。

9.根据权利要求1所述的一种富缺陷二氧化钌气凝胶催化剂制备方法，其特征在于：步骤s3中，热处理方法为煅烧法，煅烧温度为200~400℃，煅烧时间为12~18h，煅烧气氛为空气。

10.如权利要求1-9任一项所述的制备方法制备得到的富缺陷二氧化钌气凝胶催化剂在电催化水裂解析氧中的应用。

技术总结
本发明具体公开了一种富缺陷二氧化钌气凝胶催化剂的制备方法及应用，其制备方法包括如下步骤：S1：将钌源、硒源和水混合均匀得到溶液A，将还原剂与水混合均匀得到溶液B，将溶液A加入到溶液B中，反应后洗涤，得到Ru<subgt;2</subgt;Se AS；S2:将步骤S1得到的Ru<subgt;2</subgt;Se AS负载在炭黑上，经过洗涤、冷冻干燥后获得负载在炭黑上的Ru<subgt;2</subgt;Se气凝胶；S3：将步骤S2得到的负载在炭黑上的Ru<subgt;2</subgt;Se气凝胶进行热处理得到产物。经电化学测试表明所述制备的富缺陷二氧化钌气凝胶催化剂在酸性条件下表现出高效电解水析氧（OER）性能，具有较好的应用前景和商业化潜力。

技术研发人员：王娟,韩翔,靳梦源,王舜,金辉乐,彭旭锵,王继昌
受保护的技术使用者：温州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17