CN111463439A - 一种复合物、含有复合物的双功能催化剂和一种电化学中和能电池 - Google Patents

一种复合物、含有复合物的双功能催化剂和一种电化学中和能电池 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种复合物，所述复合物为还原氧化石墨烯载硫化钌纳米粒子的复合物；所述硫化钌纳米粒子负载在所述还原氧化石墨烯的层状结构中。以及含有所述复合物的电极催化剂，应用该电极催化剂的电化学中和能电池。该电化学中和能电池，阴极端在酸性溶液发生析氢反应，阳极端在碱性溶液中发生氢气氧化反应，使得氢氧根离子和氢离子分别在阳极池和阴极池消耗，从而使得酸碱中和能得以电化学方式收集(电化学中和能)。该电池能够提供0.82V的开路电压，当放电电流密度达88.1mA cm‑2时，该电池最大功率密度可达37.7mW cm‑2，稳定性良好，制备方法简单，成本低廉。并有潜力应用于工业上酸、碱废水的大规模处理。

Description

一种复合物、含有复合物的双功能催化剂和一种电化学中和 能电池
技术领域
本申请涉及一种电化学中和能电池，属于新型电池以及廉价催化剂领域。
背景技术
环境问题和能源安全日益严重引起了社会各界的广泛关注，可再生能源可替代化石燃料，缓解上述问题。酸碱反应是个众所周知的自发放热反应，然而该反应释放的热量难以收集。而在工业上大量的废酸、废碱处理过程中瞬间释放的大量热量也可能造成环境危害。利用电化学中和能电池实现酸碱中和反应的能量转化为电能对解决废酸、废碱的处理和充分利用中和反应能有重要的环境保护价值和经济价值。
发明内容
基于现有技术中尚未充分利用废酸废碱中和反应能转化为电能，我们设计了一种新型的电化学中和能电池，该电池在阴极池和阳极池装有酸、碱不对称电解液，并通过双极隔膜阻止酸、碱的化学中和，通过在阴极设计析氢反应以消耗氢离子，并在阳极端设计氢氧化反应消耗氢氧根离子，并发展了一种对析氢反应和氢氧化反应具有优异催化性能的还原氧化石墨烯载硫化钌纳米粒子的复合物(RuS2NP/rGO)双功能催化剂，从而构建了以酸、碱为原料的可放电的电池。
在放电过程中，阳极发生氢氧化反应：
H2+2OH-→2H2O+2e- ESHE＝-0.826V(pH＝14)
阴极发生氢析出反应：
2H++2e-→H2 ESHE＝0V(pH＝0)
Na+和SO4 2-分别穿过阳离子交换膜和阴离子交换膜传输到中间的水层与外电路形成回路。因此总的反应方程式为；H++2OH-→2H2O Ecell＝0.826V。
根据本申请的一个方面，提供一种复合物。所述复合物为还原氧化石墨烯载硫化钌纳米粒子的复合物；所述硫化钌纳米粒子负载在所述还原氧化石墨烯的层状结构中。
可选地，所述复合物中钌的重量含量为1.0％～10.0％；
所述硫化钌纳米粒子的粒径为2～5nm。
所述的复合物的制备方法，包括以下步骤：
将含有氧化石墨烯、钌前驱体、还原剂的溶液超声，冷冻干燥，在非活性气氛下煅烧，得到所述复合物。
可选地，所述超声的时间为1～5小时。
可选地，所述煅烧的条件为：在非活性气氛下，400～1000℃煅烧1～6小时。
可选地，所述溶液中氧化石墨烯、钌前驱体、还原剂的质量比为10～20：0.01～0.1：50～80。
根据本申请的另一方面，提供一种双功能催化剂，含有所述的复合物、根据所述的方法制备得到的复合物中的至少一种。
可选地，所述双功能催化剂用于析氢反应和氢气氧化反应。
根据本申请的一个方面，提供一种电化学中和能电池，该电化学中和能电池利用电化学反应收集酸、碱中和反应的能量，有望应用于工业的废酸、废碱处理过程的能源化利用。该电化学中和能电池，阴极端在酸性溶液发生析氢反应，阳极端在碱性溶液中发生氢气氧化反应，使得氢氧根离子和氢离子分别在阳极池和阴极池消耗，从而使得酸碱中和能得以电化学方式收集(电化学中和能)。该中和能电池能够提供0.82V的开路电压，当电流密度达88.1mA cm-2时，该电池最大功率密度可达37.7mW cm-2，且稳定性良好，制备方法简单，成本低廉，易于实现大规模生产。并有潜力应用于工业上酸、碱废水的大规模处理。
所述电化学中和能电池，其特征在于，所述电化学中和能电池包括阴极，阴极电解液，隔膜，阳极和阳极电解液；
其中，所述阴极含有阴极催化剂；
所述阳极含有阳极催化剂；
所述阴极催化剂和阳极催化剂均包括还原氧化石墨烯载硫化钌纳米粒子的复合物。
可选地，所述阴极催化剂和阳极催化剂选自所述的复合物、根据所述的方法制备得到的复合物、所述的双功能催化剂中的至少一种。
作为一种实施方式，所述电化学中和能电池包括阴极电极，阴极电解液，隔膜，阳极电极，阳极电解液，所述阴极电解液为酸性溶液，所述阳极电解液为碱性溶液。
具体地，所述阴极催化剂和阳极催化剂皆为还原氧化石墨烯载硫化钌纳米粒子的复合物。
具体地，所述阴极电解液浓度0-2M，所述阳极电解液浓度为0-5M。
可选地，所述阴极电解液为酸性溶液，所述阳极电解液为碱性溶液；
所述阳极电解液和所述阴极电解液由所述隔膜隔开。
可选地，所述阴极电解液为酸溶液；所述阴极电解液中的酸选自硫酸、盐酸中的至少一种。
可选地，所述阴极电解液中的酸的浓度为0.5～2M。
可选地，所述阳极电解液为碱溶液；所述阳极电解液中的碱选自氢氧化钠、氢氧化钾中的至少一种。
可选地，所述阳极电解液中的碱的浓度为0.5～5M。
可选地，所述阴极电解液为H2SO4溶液，浓度为2M；
所述阳极电解液为NaOH溶液，浓度为4M。
可选地，所述阴极和阳极均为负载双功能催化剂的碳布；
所述双功能催化剂选自权利要求5或6所述的电极材料中的至少一种。
可选地，所述碳布的面积为1cm×2cm～2cm×1cm；
所述电极催化剂在碳布上的载量为1～3mg/cm2。
可选地，所述电极催化剂在碳布上的载量为1mg/cm2。
可选地，所碳布为亲水碳布。
可选地，所述阴极催化剂和阳极催化剂在碳布上的负载面积分别为1cm×0.5～2cm。
可选地，所述阴极催化剂和阳极催化剂在碳布上分别呈1cm×1cm的正方形。
可选地，所述隔膜为双极性膜；所述隔膜包括阴离子交换膜和阳离子交换膜。
可选地，所述双极膜的阴离子交换膜面对阴极，阳离子交换膜面对阳极。
具体地，所述阴极和阳极皆为亲水碳布和载在碳布上的催化剂。
具体地，所述催化剂为能催化氢析出反应与氢氧化反应的双功能催化剂。
具体地，所述双功能催化剂为还原氧化石墨烯载的硫化钌纳米粒子催化剂。
具体地，所述的碳布为长方形，优选地，所述碳布的尺寸为1cm×1cm。
具体地，所述亲水碳布的电阻小于5Ω。
具体地，所述载在碳布上的催化剂的载量为2mg。
具体地，所述载在亲水碳布上的催化剂呈1cm×0.5～2cm。
具体地，所述载在亲水碳布上催化剂呈1cm×1cm的正方形。
具体地，所述阴极和阳极皆为亲水碳布和载在碳布上的催化剂。
具体地，所述催化剂为能催化氢析出反应与氢氧化反应的双功能催化剂。
具体地，所述双功能催化剂为还原氧化石墨烯载的硫化钌纳米粒子催化剂。
具体地，所述的碳布为长方形。
具体地，所述碳布的尺寸为1cm×1cm；
具体地，所述亲水碳布的电阻小于5Ω。
具体地，所述载在碳布上的催化剂的载量为2mg。
具体地，所述载在亲水碳布上的催化剂呈1cm×0.5～2cm。
具体地，所述载在亲水碳布上催化剂呈1cm×1cm的正方形。
可选地，所述隔膜为双极性膜；所述隔膜包括阴离子交换膜和阳离子交换膜。
可选地，所述双极膜的阴离子交换膜面对阴极，阳离子交换膜面对阳极。
具体地，所选隔膜为双极性膜。
具体地，所述双极性膜的阴离子交换膜朝向阴极室，阳离子交换膜朝向阳极室。
本申请能产生的有益效果包括：
1)本申请所提供的电化学中和能电池，氢气作为阳极室的反应物和阴极室的生成物可实现闭路循环，整个体系只需消耗酸和碱，具有性环保效果好，产能可观的优点。
2)本申请所提供的电化学中和能电池，能够提供0.82V的开路电压，而且，当电流密度达88.1mA cm-2时，该电化学中和能电池最大功率密度可达37.7mW cm-2。
附图说明
图1是本申请的电化学中和能电池的构造示意图。
图2是本申请实施1制备的还原氧化石墨烯载硫化钌纳米粒子的复合物催化剂的扫描电镜图。
图3是本申请的还原氧化石墨烯载硫化钌纳米粒子的复合物催化剂的合成原理示意图。
图4为电化学中和能电池M1与电化学中和能电池M2的功率密度曲线图。
图5电化学中和能电池M2稳定性测试图。
图6是本发明专利合成的还原氧化石墨烯载硫化钌纳米子粒复合物催化剂所组装的系列电化学中和能电池装置中的功率密度曲线图。
具体实施方式
下面结合实施例详述本申请，但本申请并不局限于这些实施例。
如无特别说明，本申请的实施例中的原料均通过商业途径购买。
本申请所述的燃料电池装置的构造示意图如图1所示，其中阴极和阳极材料均为还原氧化石墨烯载硫化钌纳米粒子的复合物。将所述电极分别置于阳极室(4M NaOH)催化氢氧化反应和阴极室(2M H2SO4)催化析氢反应，两室间用双极性膜隔开。
本申请的还原氧化石墨烯载硫化钌纳米粒子的复合物催化剂的制备原理图如图3所示，扫描电镜如图2所示。所述复合物的制备方法包括以下步骤：原料氧化石墨烯，氯化钌，硫脲混合在水中，经超声分散均匀后冷冻干燥，进一步在惰性气氛下高温煅烧后，得到所述的还原氧化石墨烯载硫化钌纳米粒子的复合物催化剂。
实施例1粒子还原氧化石墨烯载硫化钌纳米粒子的复合物催化剂样品的制备
步骤如下：
(1)准备三种溶液A:10mL(2mg mL-1)氧化石墨烯溶液；B:10mL1.5mM氯化钌溶液；C:10mL 0.1M硫脲溶液。
(2)把A，B，C溶液混合，在通入氩气的条件下超声30分钟。
(3)将上述混合液冷冻干燥。
(4)将冷冻干燥后的样品放入管式炉，氩气下500℃煅烧2个小时，得到黑色样品。
实施例2电化学中和能电池M1的组装
包括阴极，阴极电解液，隔膜，阳极，阳极电解液。
阴极催化剂：Pt/C(20％，商用)
阴极电极：10mg Pt/C催化剂分散于1mL水/乙醇/Nafion的混合溶液(体积比水/乙醇/Nafion＝4:5:1)中，超声分散均匀，取0.2mL悬浊液滴在1cm×2cm亲水碳布上，催化剂的面积为1cm×1cm，将制备好的阴极电极在红外灯下烘烤干燥，用于电化学中和能电池的组装。
阴极电解液：2M H2SO4水溶液。
隔膜：双极性膜。
阳极催化剂：Pt/C(20％，商用)
阳极电解液：4M NaOH水溶液
阳极电极：10mg Pt/C催化剂分散于1mL水/乙醇/Nafion的混合溶液(体积比水/乙醇/Nafion＝4:5:1)中，超声分散均匀，取0.2mL悬浊液滴在1cm×2cm亲水碳布上，催化剂的面积为1cm×1cm，将制备好的阳极电极在红外灯下烘烤干燥，用于电化学中和能电池的组装。
以上述制备电极分别为阴极和阳极，以双极性膜隔开阴极电解液和阳极电解液，双极性膜的阴离子交换膜朝向阴极室，阳离子交换膜朝向阳极室，将.2M H2SO4注入阴极极室，4M NaOH注入阳极室，搭建电化学中和能电池M1。
实施例3电化学中和能电池M2的组装
包括阴极，阴极电解液，隔膜，阳极，阳极电解液。
阴极催化剂：实施例1制备的RuS2NPs/rGO
阴极电极：10mg RuS2NPs/rGO催化剂分散于1mL水/乙醇/Nafion的混合溶液(体积比水/乙醇/Nafion＝4:5:1)中，超声分散均匀，取0.2mL悬浊液滴在1cm×2cm亲水碳布上，催化剂的面积为1cm×1cm，将制备好的阴极电极在红外灯下烘烤干燥，用于电化学中和能电池的组装。
阴极电解液：2M H2SO4水溶液。
隔膜：双极性膜。
阳极催化剂：实施例1制备的RuS2NPs/rGO
阳极电解液：4M NaOH水溶液
阳极电极：10mg RuS2NPs/rGO催化剂分散于1mL水/乙醇/Nafion的混合溶液(体积比水/乙醇/Nafion＝4:5:1)中，超声分散均匀，取0.2mL悬浊液滴在1cm×2cm亲水碳布上，催化剂的面积为1cm×1cm，将制备好的阳极电极在红外灯下烘烤干燥，用于电化学中和能电池的组装。
以上述制备电极分别为阴极和阳极，以双极性膜隔开阴极电解液和阳极电解液，双极性膜的阴离子交换膜朝向阴极室，阳离子交换膜朝向阳极室，将.2M H2SO4注入阴极极室，4M NaOH注入阳极室，搭建电化学中和能电池M2。
对比例1电化学中和能电池M3的组装
包括阴极，阴极电解液，隔膜，阳极，阳极电解液。
阴极催化剂：实施例1制备的RuS2NPs/rGO
阴极电极：10mg RuS2NPs/rGO催化剂分散于1mL水/乙醇/Nafion的混合溶液(体积比水/乙醇/Nafion＝4:5:1)中，超声分散均匀，取0.2mL悬浊液滴在1cm×2cm亲水碳布上，催化剂的面积为1cm×1cm，将制备好的阴极电极在红外灯下烘烤干燥，用于电化学中和能电池的组装。
阴极电解液：2M H2SO4水溶液。
隔膜：双极性膜。
阳极催化剂：实施例1制备的RuS2NPs/rGO
阳极电解液：1M PBS(pH＝7)水溶液
阳极电极：10mg RuS2NPs/rGO催化剂分散于1mL水/乙醇/Nafion的混合溶液(体积比水/乙醇/Nafion＝4:5:1)中，超声分散均匀，取0.2mL悬浊液滴在1cm×2cm亲水碳布上，催化剂的面积为1cm×1cm，将制备好的阳极电极在红外灯下烘烤干燥，用于电化学中和能电池的组装。
以上述制备电极分别为阴极和阳极，以双极性膜隔开阴极电解液和阳极电解液，双极性膜的阴离子交换膜朝向阴极室，阳离子交换膜朝向阳极室，将.2M H2SO4注入阴极室，1M PBS注入阳极室，搭建电化学中和能电池M3。
对比例2电化学中和能电池M4的组装
包括阴极，阴极电解液，隔膜，阳极，阳极电解液。
阴极催化剂：实施例1制备的RuS2NPs/rGO
阴极电极：10mg RuS2NPs/rGO催化剂分散于1mL水/乙醇/Nafion的混合溶液(体积比水/乙醇/Nafion＝4:5:1)中，超声分散均匀，取0.2mL悬浊液滴在1cm×2cm亲水碳布上，催化剂的面积为1cm×1cm，将制备好的阴极电极在红外灯下烘烤干燥，用于电化学中和能电池的组装。
阴极电解液：2M H2SO4水溶液。
隔膜：双极性膜。
阳极催化剂：实施例1制备的RuS2NPs/rGO
阳极电解液：2M H2SO4水溶液
阳极电极：10mg RuS2NPs/rGO催化剂分散于1mL水/乙醇/Nafion的混合溶液(体积比水/乙醇/Nafion＝4:5:1)中，超声分散均匀，取0.2mL悬浊液滴在1cm×2cm亲水碳布上，催化剂的面积为1cm×1cm，将制备好的阳极电极在红外灯下烘烤干燥，用于电化学中和能电池的组装。
以上述制备电极分别为阴极和阳极，以双极性膜隔开阴极电解液和阳极电解液，双极性膜的阴离子交换膜朝向阴极室，阳离子交换膜朝向阳极室，将.2M H2SO4注入阴极室，2M H2SO4注入阳极室，搭建电化学中和能电池M4。
实施例4电化学中和能电池M5的组装
包括阴极，阴极电解液，隔膜，阳极，阳极电解液。
阴极催化剂：实施例1制备的RuS2NPs/rGO
阴极电极：10mg RuS2NPs/rGO催化剂分散于1mL水/乙醇/Nafion的混合溶液(体积比水/乙醇/Nafion＝4:5:1)中，超声分散均匀，取0.2mL悬浊液滴在1cm×2cm亲水碳布上，催化剂的面积为1cm×1cm，将制备好的阴极电极在红外灯下烘烤干燥，用于电化学中和能电池的组装。
阴极电解液：2M H2SO4水溶液。
隔膜：双极性膜。
阳极催化剂：实施例1制备的RuS2NPs/rGO
阳极电解液：1M NaOH水溶液
阳极电极：10mg RuS2NPs/rGO催化剂分散于1mL水/乙醇/Nafion的混合溶液(体积比水/乙醇/Nafion＝4:5:1)中，超声分散均匀，取0.2mL悬浊液滴在1cm×2cm亲水碳布上，催化剂的面积为1cm×1cm，将制备好的阳极电极在红外灯下烘烤干燥，用于电化学中和能电池的组装。
以上述制备电极分别为阴极和阳极，以双极性膜隔开阴极电解液和阳极电解液，双极性膜的阴离子交换膜朝向阴极室，阳离子交换膜朝向阳极室，将.2M H2SO4注入阴极室，1M NaOH注入阳极室，搭建电化学中和能电池。
对比例3电化学中和能电池M6的组装
包括阴极，阴极电解液，隔膜，阳极，阳极电解液。
阴极催化剂：实施例1制备的RuS2NPs/rGO
阴极电极：10mg RuS2NPs/rGO催化剂分散于1mL水/乙醇/Nafion的混合溶液(体积比水/乙醇/Nafion＝4:5:1)中，超声分散均匀，取0.2mL悬浊液滴在1cm×2cm亲水碳布上，催化剂的面积为1cm×1cm，将制备好的阴极电极在红外灯下烘烤干燥，用于电化学中和能电池的组装。
阴极电解液：1M PBS(pH＝7)水溶液。
隔膜：双极性膜。
阳极催化剂：实施例1制备的RuS2NPs/rGO
阳极电解液1M PBS(pH＝7)水溶液。
阳极电极：10mg RuS2NPs/rGO催化剂分散于1mL水/乙醇/Nafion的混合溶液(体积比水/乙醇/Nafion＝4:5:1)中，超声分散均匀，取0.2mL悬浊液滴在1cm×2cm亲水碳布上，催化剂的面积为1cm×1cm，将制备好的阳极电极在红外灯下烘烤干燥，用于燃料电池装置的组装。
以上述制备电极分别为阴极和阳极，以双极性膜隔开阴极电解液和阳极电解液，双极性膜的阴离子交换膜朝向阴极室，阳离子交换膜朝向阳极室，将1M PBS注入阴极室，1MPBS注入阳极室，搭建电化学中和能电池M6。
对比例4电化学中和能电池M7的组装
包括阴极，阴极电解液，隔膜，阳极，阳极电解液。
阴极催化剂：实施例1制备的RuS2NPs/rGO
阴极电极：10mg RuS2NPs/rGO催化剂分散于1mL水/乙醇/Nafion的混合溶液(体积比水/乙醇/Nafion＝4:5:1)中，超声分散均匀，取0.2mL悬浊液滴在1cm×2cm亲水碳布上，催化剂的面积为1cm×1cm，将制备好的阴极电极在红外灯下烘烤干燥，用于电化学中和能电池的组装。
阴极电解液：4M NaOH
隔膜：双极性膜
阳极催化剂：实施例1制备的RuS2NPs/rGO
阳极电解液：4M NaOH
阳极电极：10mg RuS2NPs/rGO催化剂分散于1mL水/乙醇/Nafion的混合溶液(体积比水/乙醇/Nafion＝4:5:1)中，超声分散均匀，取0.2mL悬浊液滴在1cm×2cm亲水碳布上，催化剂的面积为1cm×1cm，将制备好的阳极电极在红外灯下烘烤干燥，用于燃料电池装置的组装。
以上述制备电极分别为阴极和阳极，以双极性膜隔开阴极电解液和阳极电解液，双极性膜的阴离子交换膜朝向阴极室，阳离子交换膜朝向阳极室，将4M NaOH注入阴极室，4M NaOH注入阳极室，搭建电化学中和能电池M7。
对比例5电化学中和能电池M8的组装
包括阴极，阴极电解液，隔膜，阳极，阳极电解液。
阴极催化剂：实施例1制备的RuS2NPs/rGO
阴极电极：10mg RuS2NPs/rGO催化剂分散于1mL水/乙醇/Nafion的混合溶液(体积比水/乙醇/Nafion＝4:5:1)中，超声分散均匀，取0.2mL悬浊液滴在1cm×2cm亲水碳布上，催化剂的面积为1cm×1cm，将制备好的阴极电极在红外灯下烘烤干燥，用于电化学中和能电池的组装。
阴极电解液：4M NaOH。
隔膜：双极性膜。
阳极催化剂：实施例1制备的RuS2NPs/rGO
阳极电解液：2M H2SO4
阳极电极：10mg RuS2NPs/rGO催化剂分散于1mL水/乙醇/Nafion的混合溶液(体积比水/乙醇/Nafion＝4:5:1)中，超声分散均匀，取0.2mL悬浊液滴在1cm×2cm亲水碳布上，催化剂的面积为1cm×1cm，将制备好的阳极电极在红外灯下烘烤干燥，用于燃料电池装置的组装。
以上述制备电极分别为阴极和阳极，以双极性膜隔开阴极电解液和阳极电解液，双极性膜的阴离子交换膜朝向阴极室，阳离子交换膜朝向阳极室，将4M NaOH注入阴极室，2M H2SO4注入阳极室，搭建电化学中和能电池M8。
实施例5电化学中和能电池电化学性能测试
采用电化学工作站(上海辰华CHI760E)对燃料电池M1-M8进行电化学性能测试。测试条件：常温常压下，电压范围为0.9V-0V,电流密度范围为0-200mA cm-2,扫描速率为5mV/s。
测试结果显示，采用申请技术方案组装的电化学中和能电池M1,M2都具有较高的电流密度和功率密度，较好的稳定性。
其中，M2为典型代表，其与M1,M3-M8的性能对比，如图4，图6所示。
其中图4为电化学中和能电池M1与电化学中和能电池M2的功率密度图，从图中可以看出采用本申请提供的电化学中和能能够提供0.82V的开路电压，当电流密度达88.1mAcm-2时，该电化学中和能电池最大功率密度可达37.7mW cm-2。以实施例1制备RuS2NPs/rGO作为催化剂的M2性能略优于以采用实施商用Pt/C为催化剂的M1性能。
图5为电化学中和能电池M2的稳定性测试图，测试条件为：常温常压下，电压范围为0.9V-0V,电流密度范围为0-200mA cm-2,扫描速率为5mV/s。从图5中可以看出采用本申请技术制备的电化学中和能电池稳定性可长达15h不衰减，这表明采用本申请技术制备的电化学中和能电池具有良好的稳定性
图6为本申请合成催化剂RuS2NPs/rGO在由其所制备的一组电化学中和能电池装置中的功率密度图，从图6中可见当阴极室溶液为2M H2SO4，当阳极电解液为4M NaOH时，RuS2NPs/rGO电化学中和能电池能达到最优。
以上所述，仅是本申请的几个实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。

Claims (10)

1.一种复合物，其特征在于，所述复合物为还原氧化石墨烯载硫化钌纳米粒子的复合物；所述硫化钌纳米粒子负载在所述还原氧化石墨烯的层状结构中。
2.根据权利要求1所述的复合物，其特征在于，所述复合物中钌的重量含量为1.0％～10.0％；
所述硫化钌纳米粒子的粒径为2～5nm。
3.权利要求1或2所述的复合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将含有氧化石墨烯、钌前驱体、还原剂的溶液超声，冷冻干燥，在非活性气氛下煅烧，得到所述复合物。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述超声的时间为1～5小时；
优选地，所述煅烧的条件为：在非活性气氛下，400～1000℃煅烧1～6小时；
优选地，所述溶液中氧化石墨烯、钌前驱体、还原剂的质量比为10～20：0.01～0.1：50～80。
5.一种双功能催化剂，其特征在于，含有权利要求1或2所述的复合物、根据权利要求3或4所述的方法制备得到的复合物中的至少一种。
6.根据权利要求5所述的双功能催化剂，其特征在于，所述双功能催化剂用于析氢反应和氢气氧化反应。
7.一种电化学中和能电池，其特征在于，所述电化学中和能电池包括阴极，阴极电解液，隔膜，阳极和阳极电解液；
其中，所述阴极含有阴极催化剂；
所述阳极含有阳极催化剂；
所述阴极催化剂和阳极催化剂均包括还原氧化石墨烯载硫化钌纳米粒子的复合物。
8.根据权利要求7所述的电化学中和能电池，其特征在于，所述阴极催化剂和阳极催化剂选自权利要求1或2所述的复合物、根据权利要求3或4所述的方法制备得到的复合物、权利要求5或6所述的双功能催化剂中的至少一种。
9.根据权利要求7所述的电化学中和能电池，其特征在于，所述阴极电解液为酸性溶液，所述阳极电解液为碱性溶液；
所述阳极电解液和所述阴极电解液由所述隔膜隔开。
10.根据权利要求9所述电化学中和能电池，其特征在于，所述阴极电解液为酸溶液；所述阴极电解液中的酸选自硫酸、盐酸中的至少一种；
优选地，所述阴极电解液中的酸的浓度为0.5～2M；
优选地，所述阳极电解液为碱溶液；所述阳极电解液中的碱选自氢氧化钠、氢氧化钾中的至少一种；
优选地，所述阳极电解液中的碱的浓度为0.5～5M；
优选地，所述阴极电解液为H2SO4溶液，浓度为2M；
所述阳极电解液为NaOH溶液，浓度为4M；
优选地，所述阴极和阳极均为负载双功能催化剂的碳布；
所述双功能催化剂选自权利要求5或6所述的电极材料中的至少一种；
优选地，所述碳布的面积为1cm×2cm～2cm×1cm；
所述电极催化剂在碳布上的载量为1～3mg/cm2；
优选地，所述电极催化剂在碳布上的载量为1mg/cm2；
优选地，所碳布为亲水碳布；
优选地，所述阴极催化剂和阳极催化剂在碳布上的负载面积分别为1cm×0.5～2cm；
优选地，所述阴极催化剂和阳极催化剂在碳布上分别呈1cm×1cm的正方形；
优选地，所述隔膜为双极性膜；所述隔膜包括阴离子交换膜和阳离子交换膜；
优选地，所述双极膜的阴离子交换膜面对阴极，阳离子交换膜面对阳极。
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