一种防止金属钌氧化的全解水催化剂的制备方法

本发明涉及新能源材料，尤其是涉及一种防止金属钌氧化的全解水催化剂的制备方法。

背景技术：

1、科技的高速发展伴随着能源的大量消耗和浪费，如何正确应对能源问题是国家发展的命脉。电能作为人们日常生活最常使用的能源，很容易通过各种自然能源转换而来。风能，太阳能，水能，地热能等自然能源的发电技术越来越成熟，转换效率越来高。同时，电能也很容易转换为其它能源被人们使用。然而，相比化石能源，电能不能直接存储以及需要固定线路的特征导致其在很多场所不能直接应用，自然能源发电存在时间和空间的不确定性，因此会产生电能大量浪费的现象。针对以上问题，最常用的方法就是将电能转换为其其它易于存储的优质能源。电解水因为装置简单，原料来源广泛，反应过程和产物无污染的特性使其成为电能转换为其它能源的最佳解决办法之一。

2、电解水反应由阴极反应和阳极反应两个半反应组成。阴极反应是在负电位下进行，产生氢气，阳极是在正电位下进行，产生氧气。高效的电解水过程需要同时拥有高效的阴极反应和阳极反应。

3、因此，同时可以应用在阴极和阳极的催化剂是至关重要的。金属ru拥有和铂(pt)相近的氢结合能力，而且价格远低于pt，因此是极具潜力的阴极催化剂。同时，二氧化钌(ruo2)是阳极析氧反应的标杆之一，因此，ru是极有可能用于全解水的高效催化剂之一。但是ru的氧化物对氢的吸附能力不佳，是不利于高效的析氢反应的，且金属ru在氧化电位容易氧化溶解，防止金属ru氧化，并且探索其在全解水领域的应用是一项巨大的挑战。

4、公开号为cn113059180b，专利名称为《高抗氧化性超细纳米钌组成的空心材料及其应用》的发明专利中提供了一种制备高抗氧化性超细纳米钌组成的空心材料的方法，该专利中制备流程的复杂，纯相钌的成本较高，易氧化，无法在电解水的析氧反应中应用，而且性能不够理想，不利于大规模生产利用。

5、基于上述问题，提出一种防止金属钌氧化的全解水催化剂的制备方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种防止金属钌氧化的全解水催化剂的制备方法，通过引入hfo2，并通过二次退火增加其结晶性，同时控制结晶区域小于5nm，使hfo2的保护层和金属ru紧密结合，不但能够有效防止金属ru在空气中氧化，而且在氧化电位下进行析氧反应也能够保持大量的金属态，实现析氢产氧的双功能。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种防止金属钌氧化的全解水催化剂的制备方法，包括以下步骤：

3、s1、取一定量的乙酰丙酮钌、乙酰丙酮铪和溴化钾置于塑料烧杯中，加入一定量的乙醇和酒精后进行磁力搅拌、超声；

4、s2、将s1中所得样品置于干燥箱内烘干，烘干后对取出的样品进行反复研磨，将其均匀铺在瓷舟中；

5、s3、将s2中所得样品在管式炉中进行煅烧，在空气中保温一段时间后，自然冷却至室温；

6、s4、取出s3中样品进行洗涤离心，将洗涤干净的样品冷冻干燥；

7、s5、将冷冻干燥好的样品再次在管式炉中进行煅烧，在惰性气体中保温一段时间后，自然冷却至室温，得到最终样品。

8、优选的，所述s1中，乙酰丙酮钌、乙酰丙酮铬、溴化钾、乙醇与酒精的质量比为1～3.5:1:6～10:1～4:0.5～2。

9、优选的，所述s1中，磁力搅拌时间为1-3h，超声0.5-1h。

10、优选的，所述s2中，烘干温度为40-60℃，时间为9-12h。

11、优选的，所述s3的煅烧过程中，升温速率为5℃/min，升温至290℃，空气保温时间为2h。

12、优选的，所述s4的洗涤离心过程中，先用酒精洗涤离心两次，再用去离子水洗涤离心5次。

13、优选的，所述s5的煅烧过程中，升温速率为5℃/min，升温至290℃，惰性气体为氮气，保温时间为8-12h。

14、因此，本发明一种防止金属钌氧化的全解水催化剂的制备方法，具有以下有益效果：

15、(1)直接通过ru和hfo2的熔盐生长反应以及二次退火使ru和hfo2紧密结合，产物不仅能够是ru在空气中保持良好的金属态，而且在氧化电位下仍旧能够保持大量的金属态，可以同时应用在高效的析氢反应和析氧反应中。

16、(2)在空气中退火乙酰丙酮钌可以产生金属钌，铪的引入可以保护金属钌，防止其在空气中氧化，二次退火可以加剧ru和hf的结合，同时提高其结晶性和稳定性，进一步增强其在氧化电位下的抗氧化能力。

17、(3)通过引入hf有效防止了金属ru的氧化，使金属ru能够真正应用在析氧反应中，同时大大提升了催化效果。

18、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

技术特征：

1.一种防止金属钌氧化的全解水催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种防止金属钌氧化的全解水催化剂的制备方法，其特征在于：所述s1中，乙酰丙酮钌、乙酰丙酮铬、溴化钾、乙醇与酒精的质量比为1～3.5:1:6～10:1～4:0.5～2。

3.根据权利要求2所述的一种防止金属钌氧化的全解水催化剂的制备方法，其特征在于：所述s1中，磁力搅拌时间为1-3h，超声0.5-1h。

4.根据权利要求3所述的一种防止金属钌氧化的全解水催化剂的制备方法，其特征在于：所述s2中，烘干温度为40-60℃，时间为9-12h。

5.根据权利要求4所述的一种防止金属钌氧化的全解水催化剂的制备方法，其特征在于：所述s3的煅烧过程中，升温速率为5℃/min，升温至290°c，空气保温时间为2h。

6.根据权利要求5所述的一种防止金属钌氧化的全解水催化剂的制备方法，其特征在于：所述s4的洗涤离心过程中，先用酒精洗涤离心两次，再用去离子水洗涤离心5次。

7.根据权利要求6所述的一种防止金属钌氧化的全解水催化剂的制备方法，其特征在于：所述s5的煅烧过程中，升温速率为5℃/min，升温至290°c，惰性气体为氮气，保温时间为8-12h。

技术总结
本发明公开了一种防止金属钌氧化的全解水催化剂的制备方法，属于新能源材料技术领域，包括以下步骤：S1、取一定量的乙酰丙酮钌、乙酰丙酮铪和溴化钾置于塑料烧杯中，加入一定量的乙醇和酒精后进行磁力搅拌、超声；S2、将所得样品内烘干，烘干后进行反复研磨，将其均匀铺在瓷舟中；S3、将所得样品进行煅烧，在空气中保温一段时间后，自然冷却至室温；S4、取出S3中样品进行洗涤离心后，冷冻干燥；S5、再次在管式炉中进行煅烧，在空气中保温一段时间后，自然冷却至室温，得到最终样品。本发明采用上述结构的一种防止金属钌氧化的全解水催化剂的制备方法，能够有效防止金属Ru在空气中氧化，而且在氧化电位下进行析氧反应也能够保持大量的金属态。

技术研发人员：孔祥恺,刘强春,徐杰,郑方羽,王李志
受保护的技术使用者：淮北师范大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15