本发明属于钌催化剂制备方法技术领域，具体涉及一种高性能钌催化剂的制备方法。
背景技术：
随着世界各国对能源危机和环境污染问题的高度重视，开发新型高效清洁能源成为国际研究与开发的热点之一。燃料电池是目前举世公认的高效、清洁的能源装置，具有诸多优点，如高效、环保无污染、燃料来源方便等，被称为21世纪的绿色能源。近年来对用甲酸代替甲醇作燃料的直接甲酸燃料电池(dfafc)的研究倍受瞩目。dfafc具有很多优点，如甲酸无毒、不易燃、存储和运输安全方便。虽然dfafc具有诸多优点，但是其常用的贵金属钌催化剂仍然存在催化活性低和催化稳定性较差等缺点，因此如何提高钌催化剂的催化活性和催化剂稳定性，得到高性能的钌催化剂是dfafc发展的一个非常重要的问题。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种高性能钌催化剂的制备方法，解决了现有技术中钌催化剂催化活性低和催化稳定性较差的问题。
本发明所采用的技术方案是：一种高性能钌催化剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将甲基纤维素加入至无水乙醇中，然后加入电气石粉，搅拌均匀后进行球磨反应1-2h，得到悬浊混合液；
步骤2，将悬浊混合液倒入模具中恒温固化2-4h，去除后得到预制块；
步骤3，将预制块浸泡至蒸馏水中恒温加热2-4h，得到残留液和多孔发泡块，并将残留液和多孔发泡块分离；
步骤4，将三氯化钌加入至残留液中，搅拌均匀后得活性组分溶液；
步骤5，将多孔发泡块浸泡至活性组分溶液中，间歇超声总时长为30-50min，然后曝气反应10-20min，得到镀膜块；
步骤6，将镀膜块浸泡至二甲基胺硼烷水溶液中3-5h，然后取出静置20-40min，最后采用蒸馏水冲洗后放入反应釜中恒温光照反应2-4h，得到高性能钌催化剂。
本发明的特点还在于，
步骤1中，甲基纤维素在无水乙醇中的质量浓度为1-3g/ml，电气石粉质量是甲基纤维素质量的150-200％，球磨反应的温度为30-50℃。
步骤2中，恒温固化的温度为130-150℃，压力为0.5-1.4mpa。
步骤3中，恒温加热的温度为100-105℃。
步骤4中，三氯化钌的加入量是电气石粉质量的8-15％。
步骤5中，间歇超声反应的超声频率为20-25khz，每超声1-2min，停止3-5min，再继续超声如此反复；温度为60-80℃；曝气反应的温度为90-100℃，曝气气体采用空气，曝气的气体速度为20-80ml/min。
步骤6中，所述二甲基胺硼烷水溶液浓度为50-80g/l
步骤6中，恒温光照的光照强度为100-200mw/cm2，温度为200-400℃。
本发明的有益效果是：
(1)解决了现有技术中钌催化剂催化活性低和催化稳定性较差的问题，利用电气石粉作为电子引发剂和电子传导剂，能够引起钌元素表面的电子变化，有效的提升钌的催化性活性和催化稳定性；
(2)电气石粉的热电性能够在温度条件下产生电子，与钌元素表面的电子空穴体系形成电子迁移体系，提升钌催化剂的催化活性；
(3)采用二甲基胺硼烷能够有效的将钌离子还原至钌粒子，且在分散体系下，钌粒子呈纳米分散体系，具有良好的分散性。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明提供了一种高性能钌催化剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将甲基纤维素加入至无水乙醇中，然后加入电气石粉，搅拌均匀后进行球磨反应1-2h，得到悬浊混合液；其中，甲基纤维素在无水乙醇中的质量浓度为1-3g/ml，电气石粉质量是甲基纤维素质量的150-200％，球磨反应的温度为30-50℃；
步骤2，将悬浊混合液倒入模具中恒温固化2-4h，去除后得到预制块；其中，恒温固化的温度为130-150℃，压力为0.5-1.4mpa；
步骤3，将预制块浸泡至蒸馏水中恒温加热2-4h，蒸馏水刚好淹没预制块为宜，得到残留液和多孔发泡块，并将残留液和多孔发泡块分离；其中，恒温加热的温度为100-105℃；
步骤4，将三氯化钌加入至残留液中，搅拌均匀后得活性组分溶液；
其中，三氯化钌的加入量是电气石粉质量的8-15％；
步骤5，将多孔发泡块浸泡至活性组分溶液中，间歇超声总时长为30-50min，然后曝气反应10-20min，得到镀膜块；其中，间歇超声反应的超声频率为20-25khz，每超声1-2min，停止3-5min，再继续超声如此反复；温度为60-80℃；曝气反应的温度为90-100℃，曝气气体采用空气，曝气的气体速度为20-80ml/min；
步骤6，将镀膜块浸泡至二甲基胺硼烷水溶液中3-5h，然后取出静置20-40min，最后采用蒸馏水冲洗后放入反应釜中恒温光照反应2-4h，得到高性能钌催化剂；其中，二甲基胺硼烷水溶液浓度为50-80g/l；恒温光照的光照强度为100-200mw/cm2，温度为200-400℃。
实施例1
一种高性能钌催化剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将甲基纤维素加入至无水乙醇中，然后加入电气石粉，搅拌均匀后进行球磨反应1h，得到悬浊混合液；其中，甲基纤维素在无水乙醇中的质量浓度为1g/ml，电气石粉质量是甲基纤维素质量的150％，球磨反应的温度为30℃；
步骤2，将悬浊混合液倒入模具中恒温固化2h，去除后得到预制块；其中，恒温固化的温度为130℃，压力为0.5mpa；
步骤3，将预制块浸泡至蒸馏水中恒温加热2h，蒸馏水刚好淹没预制块为宜，得到残留液和多孔发泡块，并将残留液和多孔发泡块分离；其中，恒温加热的温度为100℃；
步骤4，将三氯化钌加入至残留液中，搅拌均匀后得活性组分溶液；
其中，三氯化钌的加入量是电气石粉质量的8％；
步骤5，将多孔发泡块浸泡至活性组分溶液中，间歇超声总时长为30min，然后曝气反应10min，得到镀膜块；其中，间歇超声反应的超声频率为20khz，每超声1min，停止3min，再继续超声如此反复；温度为60℃；曝气反应的温度为90℃，曝气气体采用空气，曝气的气体速度为20ml/min；
步骤6，将镀膜块浸泡至二甲基胺硼烷水溶液中3h，然后取出静置20min，最后采用蒸馏水冲洗后放入反应釜中恒温光照反应2h，得到高性能钌催化剂；其中，二甲基胺硼烷水溶液浓度为50g/l；恒温光照的光照强度为100mw/cm2，温度为200℃。
实施例2
一种高性能钌催化剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将甲基纤维素加入至无水乙醇中，然后加入电气石粉，搅拌均匀后进行球磨反应2h，得到悬浊混合液；其中，甲基纤维素在无水乙醇中的质量浓度为3g/ml，电气石粉质量是甲基纤维素质量的200％，球磨反应的温度为50℃；
步骤2，将悬浊混合液倒入模具中恒温固化4h，去除后得到预制块；其中，恒温固化的温度为150℃，压力为1.4mpa；
步骤3，将预制块浸泡至蒸馏水中恒温加热4h，蒸馏水刚好淹没预制块为宜，得到残留液和多孔发泡块，并将残留液和多孔发泡块分离；其中，恒温加热的温度为105℃；
步骤4，将三氯化钌加入至残留液中，搅拌均匀后得活性组分溶液；
其中，三氯化钌的加入量是电气石粉质量的15％；
步骤5，将多孔发泡块浸泡至活性组分溶液中，间歇超声总时长为50min，然后曝气反应20min，得到镀膜块；其中，间歇超声反应的超声频率为25khz，每超声2min，停止5min，再继续超声如此反复；温度为80℃；曝气反应的温度为100℃，曝气气体采用空气，曝气的气体速度为80ml/min；
步骤6，将镀膜块浸泡至二甲基胺硼烷水溶液中5h，然后取出静置40min，最后采用蒸馏水冲洗后放入反应釜中恒温光照反应4h，得到高性能钌催化剂；其中，二甲基胺硼烷水溶液浓度为80g/l；恒温光照的光照强度为200mw/cm2，温度为400℃。
实施例3
一种高性能钌催化剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将甲基纤维素加入至无水乙醇中，然后加入电气石粉，搅拌均匀后进行球磨反应1.5h，得到悬浊混合液；其中，甲基纤维素在无水乙醇中的质量浓度为2g/ml，电气石粉质量是甲基纤维素质量的180％，球磨反应的温度为40℃；
步骤2，将悬浊混合液倒入模具中恒温固化3h，去除后得到预制块；其中，恒温固化的温度为140℃，压力为1.0mpa；
步骤3，将预制块浸泡至蒸馏水中恒温加热3h，蒸馏水刚好淹没预制块为宜，得到残留液和多孔发泡块，并将残留液和多孔发泡块分离；其中，恒温加热的温度为102℃；
步骤4，将三氯化钌加入至残留液中，搅拌均匀后得活性组分溶液；
其中，三氯化钌的加入量是电气石粉质量的10％；
步骤5，将多孔发泡块浸泡至活性组分溶液中，间歇超声总时长为40min，然后曝气反应15min，得到镀膜块；其中，间歇超声反应的超声频率为22khz，每超声1.5min，停止4min，再继续超声如此反复；温度为70℃；曝气反应的温度为95℃，曝气气体采用空气，曝气的气体速度为50ml/min；
步骤6，将镀膜块浸泡至二甲基胺硼烷水溶液中4h，然后取出静置30min，最后采用蒸馏水冲洗后放入反应釜中恒温光照反应3h，得到高性能钌催化剂；其中，二甲基胺硼烷水溶液浓度为60g/l；恒温光照的光照强度为150mw/cm2，温度为300℃。
实施例4
一种高性能钌催化剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将甲基纤维素加入至无水乙醇中，然后加入电气石粉，搅拌均匀后进行球磨反应2h，得到悬浊混合液；其中，甲基纤维素在无水乙醇中的质量浓度为2g/ml，电气石粉质量是甲基纤维素质量的200％，球磨反应的温度为50℃；
步骤2，将悬浊混合液倒入模具中恒温固化2h，去除后得到预制块；其中，恒温固化的温度为130℃，压力为0.5mpa；
步骤3，将预制块浸泡至蒸馏水中恒温加热3h，蒸馏水刚好淹没预制块为宜，得到残留液和多孔发泡块，并将残留液和多孔发泡块分离；其中，恒温加热的温度为100℃；
步骤4，将三氯化钌加入至残留液中，搅拌均匀得活性组分溶液；
其中，三氯化钌的加入量是电气石粉质量的15％；
步骤5，将多孔发泡块浸泡至活性组分溶液中，间歇超声总时长为40min，然后曝气反应10min，得到镀膜块；其中，间歇超声反应的超声频率为25khz，每超声1min，停止4min，再继续超声如此反复；温度为70℃；曝气反应的温度为95℃，曝气气体采用空气，曝气的气体速度为60ml/min；
步骤6，将镀膜块浸泡至二甲基胺硼烷水溶液中4.5h，然后取出静置20-40min，最后采用蒸馏水冲洗后放入反应釜中恒温光照反应4h，得到高性能钌催化剂；其中，二甲基胺硼烷水溶液浓度为80g/l；恒温光照的光照强度为100mw/cm2，温度为350℃。
实施例5
一种高性能钌催化剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将甲基纤维素加入至无水乙醇中，然后加入电气石粉，搅拌均匀后进行球磨反应1h，得到悬浊混合液；其中，甲基纤维素在无水乙醇中的质量浓度为3g/ml，电气石粉质量是甲基纤维素质量的180％，球磨反应的温度为50℃；
步骤2，将悬浊混合液倒入模具中恒温固化3h，去除后得到预制块；其中，恒温固化的温度为140℃，压力为1.2mpa；
步骤3，将预制块浸泡至蒸馏水中恒温加热2-4h，蒸馏水刚好淹没预制块为宜，得到残留液和多孔发泡块，并将残留液和多孔发泡块分离；其中，恒温加热的温度为102℃；
步骤4，将三氯化钌加入至残留液中，搅拌均匀后得活性组分溶液；
其中，三氯化钌的加入量是电气石粉质量的15％；
步骤5，将多孔发泡块浸泡至活性组分溶液中，间歇超声总时长为40min，然后曝气反应15min，得到镀膜块；其中，间歇超声反应的超声频率为25khz，每超声1min，停止5min，再继续超声如此反复；温度为80℃；曝气反应的温度为90℃，曝气气体采用空气，曝气的气体速度为80ml/min；
步骤6，将镀膜块浸泡至二甲基胺硼烷水溶液中3.5h，然后取出静置20min，最后采用蒸馏水冲洗后放入反应釜中恒温光照反应4h，得到高性能钌催化剂；其中，二甲基胺硼烷水溶液浓度为50g/l；恒温光照的光照强度为100mw/cm2，温度为400℃。