【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及燃料电池以及水电解，具体为一种用于氢氧化氢析出的缺陷ru纳米团簇-氧配位的ru单原子双活性位多孔纳米片电催化剂及其制备方法。
技术介绍
1、随着对全球化石能源危机的考虑和关注，以及污染物(sox、nox、细颗粒物)和温室气体含量的增加，迫切需要探索清洁和可持续的能源资源，逐步减少化石能源的使用。氢能因其高质量能量密度和无碳性质一直被认为是最清洁和最有前途的能源。清洁的氢燃料可以通过收集可再生能源(例如太阳能、风能、地热和潮汐能)用于分解水而获得，这些氢可以进一步储存并用于氨生产、石油精炼、焦炭/铁生产、燃料电池、电动汽车和住宅生活等。然而，与地球上本来就存在的石油、天然气等能源不同，氢能不是天然存在的，因此其需要从其他资源中生产或者转化出来才能使用。
2、蒸汽甲烷重整和煤气化中获得的氢占全球氢燃料产量的95％以上，显然，这一过程会消耗大量化石燃料，从而造成环境污染和二氧化碳排放。相比之下，水分解制氢以水为唯一原料，因此被认为是一种绿色和可持续的方法。其次燃料电池是一种将化学能直接转化为电能的设备，具有能量转化效率高、运行温度低、启动快和能量密度高等优点。
3、燃料电池中的氢氧化反应(hor)和水电解槽中的氢析出反应(her)是氢循环中的两个关键反应，理想的碱性双功能hor/her电催化剂应具备以下特征：(1)多个活性位点耦合到一种电催化剂中，以吸附多种中间体，避免反应物种之间的吸附-脱附竞争。(2)不同的活性位点应相邻且均匀地分散在载体中，具有协同相互作用以调节其d带中心。(3)活性组分应具
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种用于氢氧化氢析出的缺陷ru纳米团簇-氧配位的ru单原子双活性位多孔纳米片电催化剂及其制备方法，以解决
技术介绍
中存在的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、一种用于氢氧化氢析出的缺陷ru纳米团簇-氧配位的ru单原子双活性位多孔纳米片电催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
4、步骤一、制备金属有机框架纳米片
5、(1)将n,n-二甲基甲酰胺、乙醇和去离子水在250ml圆底烧瓶中混合形成均匀溶液a；
6、(2)将对苯二甲酸和氯化锌依次溶解于(1)得到的溶液a中，超声处理，获得溶液b；
7、(3)将三乙胺注入溶液b中，并在15～30℃下搅拌8小时，形成溶液c；
8、(4)对溶液c进行过滤，将过滤物用乙醇冲洗并在60℃下干燥，得到金属有机框架纳米片；
9、步骤二、制备缺陷ru纳米团簇-氧配位的ru单原子双活性位多孔纳米片电催化剂
10、(1)将步骤一(4)所制备的金属有机框架纳米片置于管式炉中，在惰性气氛、950℃条件下，碳化3小时，冷却至室温；
11、(2)将(1)热处理后的产品浸入0.5mol l-1hno3中，并在室温下磁力搅拌12小时，以除去可能的zn残留物；
12、(3)将(2)酸洗的样品用去离子水洗涤直至滤液呈中性，并在60℃下干燥过夜，获得多孔氧掺杂的碳纳米片；
13、(4)将多孔氧掺杂碳纳米片分散在去离子水中，超声处理，加入ru金属盐，磁力搅拌12小时，使ru金属阳离子与碳纳米片载体中氧较好配位；然后通过连续真空过滤、去离子水洗涤和60℃过夜干燥，收集得到吸附ru的碳纳米片载体样品；
14、(5)将吸附ru的碳纳米片载体样品在惰性气氛、600～900℃温度条件下退火，冷却，得到缺陷ru纳米团簇-氧配位的ru单原子多孔纳米片电催化剂。
15、优选地，在步骤一的(1)中，所述的n,n-二甲基甲酰胺在去离子水/乙醇混合溶液中的浓度为2～12ml ml-1。
16、优选地，在步骤一的(2)中，所述的对苯二甲酸在去离子水/乙醇混合溶液中的浓度为20～40mg ml-1；所述的氯化锌在去离子水/乙醇混合溶液中的浓度为20～50mg ml-1。
17、优选地，在步骤一的(3)中，所述的三乙胺在去离子水/乙醇混合溶液中的浓度为0.1～0.5ml ml-1。
18、优选地，在步骤二的(4)中，所述的多孔氧掺杂碳纳米片在去离子水中的浓度为1～30mg ml-1；所述的ru金属盐在去离子水中的浓度为1～10mg ml-1。
19、优选地，在步骤二的(4)中，所述的ru金属盐为氯化钌、羰基钌、硝酸钌、乙酰丙酮钌中的一种或两种以上。
20、优选地，在步骤一的(2)中和在步骤二的(4)中，所述的超声处理时间为0.1～1小时。
21、优选地，在步骤二的(1)中和在步骤二的(5)中，所述的惰性气氛为氦气、氩气、氮气的一种或两种以上的混合气体。
22、本专利技术第二方面提供了一种缺陷ru纳米团簇-氧配位的ru单原子双活性位多孔纳米片电催化剂。
23、本专利技术第三方面提供了缺陷ru纳米团簇-氧配位的ru单原子双活性位多孔纳米片电催化剂在氢氧根交换膜燃料电池阳极的氢氧化反应以及电解水阴极的氢析出反应中的应用。
24、与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：本专利技术通过低温自组装-碳化-酸洗-湿法浸渍-原位还原所制备的缺陷ru纳米团簇-氧配位的ru单原子双活性位多孔纳米片电催化剂中缺陷ru纳米团簇与氧配位的ru单原子双活性位高度分散且毗邻，另外电催化剂具有较大的比表面积和较高的孔隙率，有利于活性位的利用。本专利技术的电催化剂有着非常高的电催化活性，适用于氢氧根交换膜燃料电池阳极的氢氧化反应和电解水阴极的氢析出反应。
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1.一种用于氢氧化氢析出的缺陷Ru纳米团簇-氧配位的Ru单原子双活性位多孔纳米片电催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种用于氢氧化氢析出的缺陷Ru纳米团簇-氧配位的Ru单原子双活性位多孔纳米片电催化剂的制备方法，其特征在于：在步骤一的(1)中，所述的N,N-二甲基甲酰胺在去离子水/乙醇混合溶液中的浓度为2～12mL mL-1。
3.根据权利要求1所述的一种用于氢氧化氢析出的缺陷Ru纳米团簇-氧配位的Ru单原子双活性位多孔纳米片电催化剂的制备方法，其特征在于：在步骤一的(2)中，所述的对苯二甲酸在去离子水/乙醇混合溶液中的浓度为20～40mg mL-1；所述的氯化锌在去离子水/乙醇混合溶液中的浓度为20～50mg mL-1。
4.根据权利要求1所述的一种用于氢氧化氢析出的缺陷Ru纳米团簇-氧配位的Ru单原子双活性位多孔纳米片电催化剂的制备方法，其特征在于：在步骤一的(3)中，所述的三乙胺在去离子水/乙醇混合溶液中的浓度为0.1～0.5mL mL-1。
5.根据权利要求1所述的一种用于氢氧化氢析出的缺
6.根据权利要求1所述的一种用于氢氧化氢析出的缺陷Ru纳米团簇-氧配位的Ru单原子双活性位多孔纳米片电催化剂的制备方法，其特征在于：在步骤二的(4)中，所述的Ru金属盐为氯化钌、羰基钌、硝酸钌、乙酰丙酮钌中的一种或两种以上。
7.根据权利要求1所述的一种用于氢氧化氢析出的缺陷Ru纳米团簇-氧配位的Ru单原子双活性位多孔纳米片电催化剂的制备方法，其特征在于：在步骤一的(2)中和在步骤二的(4)中，所述的超声处理的时间为0.1～1小时。
8.根据权利要求1所述的一种用于氢氧化氢析出的缺陷Ru纳米团簇-氧配位的Ru单原子双活性位多孔纳米片电催化剂的制备方法，其特征在于：在步骤二的(1)中和在步骤二的(5)中，所述的惰性气氛为氦气、氩气、氮气的一种或两种以上的混合气体。
9.一种由权利要求1～8任一制备方法制备得到的缺陷Ru纳米团簇-氧配位的Ru单原子双活性位多孔纳米片电催化剂。
10.权利要求9所述的缺陷Ru纳米团簇-氧配位的Ru单原子双活性位多孔纳米片电催化剂应用于氢氧根交换膜燃料电池阳极的氢氧化反应以及电解水阴极的氢析出反应。
...【技术特征摘要】
1.一种用于氢氧化氢析出的缺陷ru纳米团簇-氧配位的ru单原子双活性位多孔纳米片电催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种用于氢氧化氢析出的缺陷ru纳米团簇-氧配位的ru单原子双活性位多孔纳米片电催化剂的制备方法，其特征在于：在步骤一的(1)中，所述的n,n-二甲基甲酰胺在去离子水/乙醇混合溶液中的浓度为2～12ml ml-1。
3.根据权利要求1所述的一种用于氢氧化氢析出的缺陷ru纳米团簇-氧配位的ru单原子双活性位多孔纳米片电催化剂的制备方法，其特征在于：在步骤一的(2)中，所述的对苯二甲酸在去离子水/乙醇混合溶液中的浓度为20～40mg ml-1；所述的氯化锌在去离子水/乙醇混合溶液中的浓度为20～50mg ml-1。
4.根据权利要求1所述的一种用于氢氧化氢析出的缺陷ru纳米团簇-氧配位的ru单原子双活性位多孔纳米片电催化剂的制备方法，其特征在于：在步骤一的(3)中，所述的三乙胺在去离子水/乙醇混合溶液中的浓度为0.1～0.5ml ml-1。
5.根据权利要求1所述的一种用于氢氧化氢析出的缺陷ru纳米团簇-氧配位的ru单原子双活性位多孔纳米片电催化剂的制备方法，其特征在于：在步骤二的(4)中，所述的多孔氧掺杂...
【专利技术属性】
技术研发人员：丛媛媛，陈露云，刘孟灵，李春雷，王磊，
申请(专利权)人：兰州理工大学，
类型：发明
国别省市：
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