CN110137510A - 一种纳米氧化钌的制备方法及其应用 - Google Patents

一种纳米氧化钌的制备方法及其应用 Download PDF

Info

Publication number
CN110137510A
CN110137510A CN201910347566.4A CN201910347566A CN110137510A CN 110137510 A CN110137510 A CN 110137510A CN 201910347566 A CN201910347566 A CN 201910347566A CN 110137510 A CN110137510 A CN 110137510A
Authority
CN
China
Prior art keywords
ruthenium
nano oxidized
preparation
carbon paper
oxidized ruthenium
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201910347566.4A
Other languages
English (en)
Inventor
陈松
何瑞楠
吴彦君
史柯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jiangsu University
Original Assignee
Jiangsu University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jiangsu University filed Critical Jiangsu University
Priority to CN201910347566.4A priority Critical patent/CN110137510A/zh
Publication of CN110137510A publication Critical patent/CN110137510A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88—Processes of manufacture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/90—Selection of catalytic material
    • H01M4/9016—Oxides, hydroxides or oxygenated metallic salts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/96—Carbon-based electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/22—Fuel cells in which the fuel is based on materials comprising carbon or oxygen or hydrogen and other elements; Fuel cells in which the fuel is based on materials comprising only elements other than carbon, oxygen or hydrogen
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)

Abstract

本发明属于电极材料领域，公开了一种纳米氧化钌的制备方法。本发明通过水热法制备得到比表面积较大而且成本较低的纳米氧化钌，方法简单、稳定和可控，利用Ru基材料代替传统Pt基材料降低成本，同时结合水热法制备纳米氧化钌催化剂，将催化剂应用在氢氧燃料电池中，不仅使催化剂的比表面积明显增大，而且提高了电子传输速度，比表面积的增加使催化剂材料在相同面积上的活性位点增多，从而提高其催化氧化氢气的性能。

Description

一种纳米氧化钌的制备方法及其应用
技术领域
本发明属于电极材料领域，具体涉及一种纳米氧化钌的制备方法。
背景技术
化石能源的大量使用导致二氧化碳、二氧化硫等温室气体的排放逐年增加，进而加剧了温室效应和环境污染，如：酸雨等。目前已经发现多种再生能源，如：太阳能、风能、潮汐能等，但是这些能源严重依赖气候和地域环境，而且应用成本高。燃料电池由于具有效率高、对环境友好、在正常大气压下快速启动等特点被广泛研究。而氢气能量最高为142.35KJ/g，易于运输和储存，因此氢氧燃料电池是一个研究的热点。传统氢氧燃料电池采用Pt基催化剂，由于Pt基催化剂价格昂贵限制了其大规模商业化应用。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种纳米氧化钌的制备方法，此制备方法既有简单快捷、稳定、可控的特点，通过结合水热法制备得到比表面积较大而且成本较低的纳米氧化钌。而且Ru基催化剂作为Pt族金属有研究表明可以代替Pt作为氢氧化的催化剂，成本降低，催化氧化氢气性能良好。而氧化钌具有金红石型结构、高电子传导性、低电阻率和良好的化学稳定性。
本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
本发明提出一种纳米氧化钌的制备方法，包括如下步骤：
(1)将三氯化钌溶于乙醇配制成三氯化钌乙醇溶液，超声，得到水热溶液；
(2)将步骤(1)所得的水热溶液置于高压反应釜中，紧固高压反应釜后，再将高压反应釜置于鼓风干燥箱中，升温到水热反应温度，并保温一段时间，反应结束后，冷却至室温，得到粉末状固体，洗涤，干燥，焙烧，得到纳米氧化钌。
步骤(1)中，所述三氯化钌乙醇溶液的浓度为0.1～0.4mol/L。
进一步地，三氯化钌乙醇溶液的浓度为0.15～0.3mol/L。
步骤(2)中，所述水热反应的温度为150～200℃，保温时间为6～12h，升温速率为5℃/min。
步骤(2)中，所述洗涤为去离子水和乙醇分别洗涤，干燥温度为60℃，干燥时间为12h。
步骤(2)中，所述焙烧温度为400～600℃，焙烧时间为3h，升温速率为2℃/min。
将本发明制备的纳米氧化钌用于制备纳米氧化钌碳纸电极电催化氧化氢气的用途。
所述纳米氧化钌碳纸电极的制备步骤包括：
(1)碳纸前处理：
裁剪碳纸将碳纸裁剪成4×4cm2的正方形，以便制备成电极，超声清洗碳纸包括将碳纸依次浸泡于无水乙醇和去离子水中进行超声清洗，每次浸泡5～10min；
(2)将纳米氧化钌进行研磨，配制喷涂溶液：
称取48mg氧化钌、1600μL乙醇、480μL水和32μL Nafion(5wt.％)超声分散均匀，喷涂于碳纸，最后在100℃下干燥10min。
本发明的有益效果为：
本发明的制备方法简单、稳定和可控，利用Ru基材料代替传统Pt基材料降低成本，同时结合水热法制备纳米氧化钌催化剂，将催化剂应用在氢氧燃料电池中，不仅使催化剂的比表面积明显增大，而且提高了电子传输速度，比表面积的增加使催化剂材料在相同面积上的活性位点增多，从而提高其催化氧化氢气的性能。
附图说明
附图1为本发明纳米氧化钌的制备流程图；
附图2为本发明采用纳米氧化钌对氢气氧化的CV曲线图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和有点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或者制造商建议条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本发明实施例的纳米氧化钌催化剂及其制备方法进行具体说明。
本发明实施例中提供了一种纳米氧化钌催化剂的制备方法，其包括通过结合水热法制备纳米氧化钌催化剂。
(1)制备纳米氧化钌包括制备水热溶液，将三氯化钌溶于乙醇配制成0.1～0.4mol/L溶液，优选为将三氯化钌配制成0.15～0.3mol/L溶液，超声得到水热溶液，超声30min。然后，将水热溶液加入到高压反应釜中，紧固高压反应釜后，再将高压反应釜置于鼓风干燥箱中，以5℃/min的加热速率加热到150～200℃，保温6～12h，保温结束后，冷却至室温，得到粉末状固体，用去离子水和乙醇分别洗涤，去除杂质，在60℃下干燥12h。最后在400～600℃下焙烧3h，升温速率为2℃/min，得到纳米氧化钌；
(2)裁剪碳纸将碳纸裁剪成4×4cm2的正方形，以便制备成电极。超声清洗碳纸包括将碳纸依次浸泡于无水乙醇和去离子水中进行超声清洗，每次浸泡5～10min，超声清洗有利于清洁的碳纸表面，去掉杂质。
(3)将得到的纳米氧化钌进行研磨，配制喷涂溶液，称取48mg氧化钌、1600μL乙醇、480μL水和32μL Nafion(5wt.％)超声分散均匀，喷涂于经过处理的碳纸，最后在100℃下干燥10min。
实施例1
制备水热溶液：配制0.15mol/L的三氯化钌溶液，然后超声30min使其混合均匀。
水热法：将制备好的水热溶液倒入高压反应釜中，紧固高压反应釜后，再将高压反应釜置于鼓风干燥箱中，以5℃/min的加热速率加热到160℃，保温6小时后，冷却至室温，取出水热后的粉末，用去离子水和乙醇洗涤，除去杂质，在60℃下干燥12小时。最后将干燥后的固体置于马弗炉中以2℃/min的加热速率加热到500℃，保温3小时。
实施例2
制备水热溶液：配制0.15mol/L的三氯化钌溶液，然后超声30min使其混合均匀。
水热法：将制备好的水热溶液倒入高压反应釜中，紧固高压反应釜后，再将高压反应釜置于鼓风干燥箱中，以5℃/min的加热速率加热到170℃，保温6小时后，冷却至室温，取出水热后的粉末，用去离子水和乙醇洗涤，除去杂质，在60℃下干燥12小时。最后将干燥后的固体置于马弗炉中以2℃/min的加热速率加热到500℃，保温3小时。
实施例3
制备水热溶液：配制0.15mol/L的三氯化钌溶液，然后超声30min使其混合均匀。
水热法：将制备好的水热溶液倒入高压反应釜中，紧固高压反应釜后，再将高压反应釜置于鼓风干燥箱中，以5℃/min的加热速率加热到180℃，保温6小时后，冷却至室温，取出水热后的粉末，用去离子水和乙醇洗涤，除去杂质，在60℃下干燥12小时。最后将干燥后的固体置于马弗炉中以2℃/min的加热速率加热到500℃，保温3小时。
工作电极的制备：
(1)将碳纸进行前处理。将碳纸裁剪成4×4cm2的正方形，以便制备成电极。超声清洗碳纸包括将碳纸依次浸泡于无水乙醇和去离子水中进行超声清洗，每次浸泡5～10min，超声清洗有利于清洁的碳纸表面，去掉杂质。
(2)制备喷涂溶液：称取48mg氧化钌、1600μL乙醇、480μL水和32μL Nafion(5wt.％)超声分散均匀，喷涂于碳纸，最后100℃下干燥10min。
将制备好的工作电极裁剪制备成为1cm2大小的工作电极，用Pt片电极作为对电极，饱和的甘汞电极做参比电极，使用上海辰华CHI660B型电化学工作站通过三电极体系对电极进行氢气氧化的电化学性能测试，在0.5mol/L的H2SO4溶液中通入30min N2作为空白，在0.5mol/L的H2SO4溶液中通入30min H2测试碳纸对氢气的电化学响应。
由CV图可以得到，附图2是实施例1，2和3的循环伏安图。实施例1与空白相对比氢气氧化的峰电流是2.3mA/cm2，实施例2与空白相对比氢气氧化的峰电流是2.42mA/cm2，实施例3与空白相对比氢气氧化的峰电流是3.94mA/cm2，由峰面积的大小可以看出实施例3制备得到的电极较好，由于制备得到的氧化钌的粒径较小，相同质量的催化剂有较多的催化活性位点。因此实施例3下得到的氧化钌碳纸电极对氢气氧化的响应最好。

Claims (8)

1.一种纳米氧化钌的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将三氯化钌溶于乙醇配制成三氯化钌乙醇溶液，超声，得到水热溶液；
(2)将步骤(1)所得的水热溶液置于高压反应釜中，紧固高压反应釜后，再将高压反应釜置于鼓风干燥箱中，升温到水热反应温度，并保温一段时间，反应结束后，冷却至室温，得到粉末状固体，洗涤，干燥，焙烧，得到纳米氧化钌。
2.如权利要求1所述的一种纳米氧化钌的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述三氯化钌乙醇溶液的浓度为0.1～0.4mol/L。
3.如权利要求2所述的一种纳米氧化钌的制备方法，其特征在于，三氯化钌乙醇溶液的浓度为0.15～0.3mol/L。
4.如权利要求1所述的一种纳米氧化钌的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述水热反应的温度为150～200℃，保温时间为6～12h，升温速率为5℃/min。
5.如权利要求1所述的一种纳米氧化钌的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述洗涤为去离子水和乙醇分别洗涤，干燥温度为60℃，干燥时间为12h。
6.如权利要求1所述的一种纳米氧化钌的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述焙烧温度为400～600℃，焙烧时间为3h，升温速率为2℃/min。
7.将权利要求1～6任一项所述制备方法制得的纳米氧化钌用于制备纳米氧化钌碳纸电极电催化氧化氢气的用途。
8.如权利要求7所述的用途，其特征在于，所述纳米氧化钌碳纸电极的制备步骤包括：
(1)碳纸前处理：
裁剪碳纸将碳纸裁剪成4×4cm2的正方形，以便制备成电极，超声清洗碳纸包括将碳纸依次浸泡于无水乙醇和去离子水中进行超声清洗，每次浸泡5～10min；
(2)将纳米氧化钌进行研磨，配制喷涂溶液：
称取48mg氧化钌、1600μL乙醇、480μL水和32μL Nafion(5wt.％)超声分散均匀，喷涂于碳纸，最后在100℃下干燥10min。
CN201910347566.4A 2019-04-28 2019-04-28 一种纳米氧化钌的制备方法及其应用 Pending CN110137510A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910347566.4A CN110137510A (zh) 2019-04-28 2019-04-28 一种纳米氧化钌的制备方法及其应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910347566.4A CN110137510A (zh) 2019-04-28 2019-04-28 一种纳米氧化钌的制备方法及其应用

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110137510A true CN110137510A (zh) 2019-08-16

Family

ID=67575404

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910347566.4A Pending CN110137510A (zh) 2019-04-28 2019-04-28 一种纳米氧化钌的制备方法及其应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110137510A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111628187A (zh) * 2020-05-05 2020-09-04 江苏大学 一种碳载氧化钌催化剂及其制备方法
CN113707895A (zh) * 2021-08-26 2021-11-26 浙江大学 具有丰富界面活性位点的异质结构催化剂的制备方法和应用
CN114361472A (zh) * 2022-01-10 2022-04-15 合肥工业大学 一种质子交换膜燃料电池用高活性/抗反极催化剂的制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1556037A (zh) * 2003-12-30 2004-12-22 北京有色金属研究总院 纳米稀土氧化物的制备方法
CN107867726A (zh) * 2016-09-27 2018-04-03 北京化工大学 一种纳米氧化钌的制备方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1556037A (zh) * 2003-12-30 2004-12-22 北京有色金属研究总院 纳米稀土氧化物的制备方法
CN107867726A (zh) * 2016-09-27 2018-04-03 北京化工大学 一种纳米氧化钌的制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
RUINAN HE等: ""Nano-sized RuO2 electrocatalyst improves the electrochemical performance for hydrogen oxidation reaction"", 《INTERNATIONAL JOURNAL OF HYDROGEN ENERGY》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111628187A (zh) * 2020-05-05 2020-09-04 江苏大学 一种碳载氧化钌催化剂及其制备方法
CN113707895A (zh) * 2021-08-26 2021-11-26 浙江大学 具有丰富界面活性位点的异质结构催化剂的制备方法和应用
CN114361472A (zh) * 2022-01-10 2022-04-15 合肥工业大学 一种质子交换膜燃料电池用高活性/抗反极催化剂的制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107403698B (zh) 一种利用生物质制备活性碳的方法及其制备的活性炭的应用
CN110137510A (zh) 一种纳米氧化钌的制备方法及其应用
CN106807416A (zh) 一种电催化分解水制氢的自支撑磷化镍纳米片材料及其制备方法
CN107051559A (zh) 一种氧还原和析氧磷化钴@npc双功能复合催化剂及其制备方法和应用
CN105413729B (zh) 一种碳化钼颗粒嵌入的氮掺杂碳纳米纤维气凝胶的制备方法
CN106955691A (zh) 一种碳‑氮基单原子铁催化剂及其制备方法
CN109019602A (zh) 碳化钼材料、碳化钼@硫化钼复合材料及制备方法与应用
CN108714429A (zh) 一种棒状CoP/CoP2纳米复合物电催化剂的制备方法
CN105457666A (zh) 一种氮磷共掺杂多孔碳催化剂及其制备方法
CN104192830A (zh) 一种水热法制备氮硫共掺杂石墨烯的方法
NL2023943B1 (en) A New Method for Preparing Activated Carbon Catalyzing Oxygen Reduction Reaction (ORR) from Fast—growing Paper Mulberry
CN108767282B (zh) 一种多孔多分支的Pt-Ni-Cu合金纳米颗粒的制备方法
CN104241662B (zh) 一种用于微生物燃料电池阴极催化剂的生物炭的制备方法
CN107834079B (zh) 一种用于提高甲酸燃料电池电氧化活性的实现方法
CN107651687A (zh) 一种富含吡啶氮元素的炭材料的制备方法及其应用
CN111054408A (zh) 一种多孔镍钼基纳米片双功能电催化剂的制备方法
CN105601124A (zh) 一种制备多孔α-Fe2O3光阳极的方法
CN109841858A (zh) 利用豆渣制备生物炭基氧还原反应催化剂的方法及产品
CN109455774A (zh) 一种Ni-Fe-OH/MoS2/Ni3S2的复合纳米片/碳纤维布、制备方法及应用
CN105734457B (zh) 一种用非晶态合金制备Pd‑Cu‑S非晶材料的方法及其应用
CN104084193B (zh) 一种Pt催化剂的制备方法
CN110257859A (zh) 一种Co2P/Ni2P/Al2O3/NF多级结构复合电极及其制备方法
CN111041508A (zh) 四氧化三钴阵列/钛网分解水制氧电极及其制备方法
CN108565469A (zh) 一种钴-氮掺杂碳复合材料及其制备方法
CN105772033A (zh) 一种用非晶态合金制备Pd-S非晶材料的方法及其应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20190816

RJ01 Rejection of invention patent application after publication