【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及催化剂，具体涉及一种用于海水电解制氢的电催化剂及其制备方法与应用。
技术介绍
1、公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
2、氢气作为重要的化工原料及新兴能源之一，广泛应用于化工生产、电子工业、航空航天等领域。电解水制氢法是大规模生产高纯氢气的清洁方法。然而，电解水制氢需要大量高纯水，但地球上的淡水资源日益匮乏，海水作为地球上最丰富的水资源，实现直接电解海水制氢具有重要的意义。
3、目前，最有望用于商业化使用的海水电解制氢催化剂之一为炭黑或活性炭负载的pt纳米颗粒(pt/c)。通过将炭黑或活性炭作为载体，与氯铂酸溶液混合，再经过干燥、还原、热处理、洗涤等步骤，获得粒径约为3～5nm的pt纳米颗粒分布于碳载体表面。这种方法虽然可实现海水电解制氢，但是铂碳催化剂中的铂基贵金属成本高昂，无法大规模使用，并且在成分复杂的海水中氯离子的腐蚀和金属阳离子的沉积会使其失活，阻碍了电解海水制氢技术的发展。因此，设计高性能、低成本、耐腐蚀的电催化剂成为发展电解海水技术的关键问题之一。
技术实现思路
1、为了克服上述问题，本专利技术提供了一种用于海水电解制氢的电催化剂及其制备方法与应用。
2、为实现上述技术目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、本专利技术的第一个方面，提供了一种用于海水电解制氢的电催化剂，所述电催化剂以碳化钛
4、本专利技术的第二个方面，提供上述用于海水电解制氢的电催化剂的制备方法，包括：
5、(1)将碳源和钛源溶解于溶剂中形成纺丝原液，通过静电纺丝方法将其制备成纳米纤维膜，预氧化后进行碳热还原反应，获得碳化钛纳米纤维；
6、(2)采用快速焦耳热处理将钌纳米颗粒负载于碳化钛纳米纤维上，获得电催化剂ru@tic。
7、本专利技术的第三个方面，提供上述用于海水电解制氢的电催化剂在海水电解制氢中的应用。
8、本专利技术的有益效果在于：
9、(1)金属钌与铂的电子结构相类似，对电催化析氢反应也具有较好的催化效果，而且其价格更低，然而钌纳米颗粒易于团聚，限制了其电催化析氢的应用。本专利技术采用静电纺丝的方式获得碳化钛纳米纤维，该纳米纤维不仅具有较大的比表面积，易于钌纳米颗粒的负载；同时钌与碳化物之间存在金属-载体相互作用，可以稳定所负载的钌纳米颗粒，解决钌纳米颗粒易于团聚的问题；所形成的电催化剂ru@tic具有更大的化学反应活性比表面积与更丰富的化学反应活性位点，使得该催化剂具有更高的催化反应活性。再者，碳化钛作为一种钛基化合物，是碳原子掺入到母体钛的晶格之中形成的一种“过渡金属间隙化合物”，具有良好的导电性与耐蚀性，良好的导电性可以增加电催化效果。
10、(2)本专利技术提供的电催化剂ru@tic由于具有良好的耐腐蚀性、催化活性以及导电性，可以应用于酸性条件下或者碱性条件下的电解海水制氢。
11、(3)本专利技术提供的电催化剂ru@tic既可以在酸性的淡水、碱性的淡水中进行电催化制氢，也可以在酸性的海水、碱性的海水中电催化制氢，且均具有良好的催化活性和稳定性。
12、(4)本专利技术提供的电催化剂ru@tic，制备过程简单，经济实用，无需特殊设备和苛刻条件，具有实用价值，易于规模化生产。
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1.一种用于海水电解制氢的电催化剂，其特征在于，所述电催化剂以碳化钛纳米纤维为载体，负载有钌纳米颗粒。
2.如权利要求1所述的用于海水电解制氢的电催化剂，其特征在于，钌纳米颗粒的负载量为0.5％～30wt.％。
3.权利要求1～2任一项所述的用于海水电解制氢的电催化剂的制备方法，其特征在于，包括：
4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述碳源为高分子聚合物；优选的，所述高分子聚合物包括聚丙烯腈(PAN)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙烯醇(PVA)和聚乳酸(PLA)中的一种或者几种；
5.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，静电纺丝的工艺参数为：纺丝原液的推进速度为0.5～2mL/h，优选为1mL/h；接收距离为8～30cm，优选为15～22cm，进一步优选为18cm；电压为8～30kV，优选为14～30kV，进一步优选为16kV；纺丝时间2～50h，优选为8～12h，进一步优选为10h。
6.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，预氧化为将纳米纤维膜在空气或者氧气
7.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，碳热还原反应为高温煅烧，煅烧的温度为1400～2200℃，优选为1400～1600℃，进一步优选为1500℃；煅烧的时间为1～12h，优选为1～5h，进一步优选为2h；升温速率为5～20℃/min；
8.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，采用快速焦耳热处理的方法将钌纳米颗粒负载于碳化钛纳米纤维上的方法包括：
9.权利要求1～2任一项所述的用于海水电解制氢的电催化剂和/或权利要求3～8任一项所述的制备方法制备的用于海水电解制氢的电催化剂在海水电解制氢中的应用。
10.如权利要求9所述的应用，其特征在于，海水的pH值为0～3和/或12～14。
...【技术特征摘要】
1.一种用于海水电解制氢的电催化剂，其特征在于，所述电催化剂以碳化钛纳米纤维为载体，负载有钌纳米颗粒。
2.如权利要求1所述的用于海水电解制氢的电催化剂，其特征在于，钌纳米颗粒的负载量为0.5％～30wt.％。
3.权利要求1～2任一项所述的用于海水电解制氢的电催化剂的制备方法，其特征在于，包括：
4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述碳源为高分子聚合物；优选的，所述高分子聚合物包括聚丙烯腈(pan)、聚乙烯吡咯烷酮(pvp)、聚乙烯醇(pva)和聚乳酸(pla)中的一种或者几种；
5.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，静电纺丝的工艺参数为：纺丝原液的推进速度为0.5～2ml/h，优选为1ml/h；接收距离为8～30cm，优选为15～22cm，进一步优选为18cm；电压为8～30kv，优选为14～30kv，进一步优选为16kv；纺丝时间2～50h，优选为8～12h，进一步优选为10h。
6.如权利要求3所述的制...
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