CN116014196A - 光电双催化析氢催化剂及制备方法和膜电极、氢燃料电池 - Google Patents
光电双催化析氢催化剂及制备方法和膜电极、氢燃料电池 Download PDFInfo
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Abstract
本申请属于析氢催化剂领域，尤其涉及光电双催化析氢催化剂及制备方法和膜电极、氢燃料电池；本申请提供的光电双催化析氢催化剂为铜纳米线和RuP纳米颗粒复合而成的Cu‑RuP异质结构，与RuP纳米颗粒相比，能够降低催化剂在酸性、中性以及碱性电解质中析氢过电位，提高析氢性能，并且具有光催化性能，在光照后，过电位进一步降低，提高了析氢催化剂的催化性能，从而解决现有技术中磷化钌等析氢催化性能有待提高的技术问题。
Description
技术领域
本申请属于析氢催化剂技术领域，尤其涉及光电双催化析氢催化剂及制备方法和膜电极、氢燃料电池。
背景技术
目前，铂(Pt)基纳米材料是析氢反应(HER)最先进的电催化剂，但由于成本高和自然资源匮乏，它们的大规模应用受到严重阻碍，因此，迫切需要为HER寻找高性能、低成本的催化剂。
含有较便宜贵金属的非铂贵金属磷化物可提供解决方案，在所有的非铂贵金属中，钌(Ru)是最有希望的一种，因为它的成本相对较低(～4％的铂)和固有的高催化活性，然而磷化钌等析氢催化性能有待提高。
发明内容
有鉴于此，本申请提供了一种光电双催化析氢催化剂及制备方法和膜电极、氢燃料电池，用于解决现有技术中磷化钌等析氢催化性能有待提高的技术问题。
本申请第一方面提供了一种光电双催化析氢催化剂，所述光电双催化析氢催化剂包括铜纳米线和磷化钌纳米颗粒；
所述磷化钌纳米颗粒与铜纳米线复合构成Cu-RuP异质结构。
优选的，所述光电双催化析氢催化剂中铜纳米线和磷化钌纳米颗粒的质量比为8～50:50～92。
优选的，所述光电双催化析氢催化剂中铜纳米线和磷化钌纳米颗粒的质量比为19:81。
优选的，所述铜纳米线的直径为100-200nm，长度为1000～3000nm；
所述RuP纳米颗粒的粒径为50～100nm。
本申请第二方面提供了一种光电双催化析氢催化剂，制备方法包括步骤：
步骤S1、将铜纳米线进行酸浸预处理，得到预处理铜纳米线；
步骤S2、将预处理铜纳米线洗涤、干燥后分散在溶剂中，得到铜纳米线溶液；
步骤S3、将铜纳米线溶液和RuP纳米颗粒溶液搅拌混合后离心，磷化钌纳米颗粒与铜纳米线复合构成Cu-RuP异质结构，得到光电双催化析氢催化剂。
优选的，步骤S1中，所述酸浸预处理的时间为10～50min。
优选的，所述酸浸预处理所用的酸为盐酸、硝酸、硫酸以及次氯酸中的任意一种或至少两种。
优选的，步骤S1中，所述酸浸预处理的时间为30min。
所述盐酸溶液的质量浓度为20％。
优选的，步骤S3中，所述搅拌混合的时间为12～36h；
离心转速为8000～12000r/min，所述离心的时间为2～5min。
优选的，步骤S3中，所述搅拌混合的时间为24h；
离心转速为10000r/min，所述离心的时间为3min。
优选的，步骤S1中，所述铜纳米线的制备方法包括步骤：
步骤S1.1、将铜源、保护剂溶解在碱溶液中，静置反应1h，得到预反应铜溶液；
步骤S1.2、将还原剂滴加到预反应铜溶液中进行还原反应，得到还原后铜溶液；
步骤S1.3、将还原后铜溶液第一离心处理、酸浸处理、第二离心处理，得到铜纳米线。
优选的，步骤S1.1中，所述铜源包括Cu(NO3)2、CuCl2、Cu(OAc)2和CuSO4中的任意一种或至少两种；
所述保护剂包括乙二胺、丙二胺、三乙胺和乙胺中的任意一种或至少两种；
所述碱溶液包括KOH溶液和/或NaOH溶液，碱溶液中氢氧根离子的浓度为10～20摩尔/升；
所述静置反应的温度为60～80℃。
优选的，步骤S1.2中，所述还原剂为水合肼、NaBH4、柠檬酸钠和抗坏血酸中的任意一种或至少两种；
优选的，所述还原反应所用还原剂的滴加速度为2～4滴/秒。
优选的，步骤S1.3中，所述第一离心处理的转速为5000～10000转/分钟，时间为1～5分钟；
所述酸浸处理所用的酸为盐酸、硝酸、硫酸以及次氯酸中的任意一种或至少两种，酸浸处理所用的酸中氢离子的浓度为0.5～2mol/L。
所述第二离心处理的转速为5000～10000转/分钟，时间为1～5分钟。
优选的，步骤S3中，所述RuP纳米颗粒溶液的制备方法包括步骤：
步骤S3.1、将钌源、磷源溶解在溶剂中，加热干燥得到磷钌混合粉末；
步骤S3.2、将磷钌混合粉末置于高温炉中进行磷化反应，得到磷化钌。
优选的，步骤S3.1中，所述钌源包括RuCl3·3H2O、RuI3、Ru(OAc)3和Ru(C5H5)2中的任意一种或至少两种；
所述磷源包括NaH2PO2、Na2HPO4、(C6H5)3P和白磷中的任意一种或至少两种，所述钌源和磷源的质量比为1:2～1:3。
优选的，步骤S3.2中，所述磷化反应的温度为400～600℃，时间为1.5～3h。
本申请第三方面提供了一种膜电极，所述膜电极包括依次叠加的质子交换膜、催化剂层、扩散层；
所述催化剂层包括上述光电双催化析氢催化剂。
本申请第四方面提供了一种氢燃料电池，包括双极板及其两侧的膜电极；
所述膜电极包括上述膜电极。
综上所述，本申请提供了一种光电双催化析氢催化剂及制备方法和膜电极、氢燃料电池，其中，光电双催化析氢催化剂包括铜纳米线和磷化钌纳米颗粒，所述磷化钌纳米颗粒与铜纳米线复合构成异质结构；与磷化钌纳米颗粒作为析氢催化剂相比，Cu纳米线具有很强的电子传导率可以实现快速电子转移提高催化效率，RuP具有优异的水解离和氢脱附位点，为催化反应提供高效平台，从而铜纳米线和磷化钌纳米颗粒复合后能够降低在酸性、中性以及酸性电解液中的过电位，提高析氢催化剂的催化性能；并且铜纳米线和磷化钌纳米颗粒复合后构成的异质结构具有很强的电子相互作用，且具有光电转换能力，在光照下产生电流，具有了光催化析氢的能力，使得催化剂在酸性、中性以及酸性电解液中的过电位进一步降低，提高了析氢催化剂的催化性能，氢气容易析出，从而解决现有技术中磷化钌等析氢催化性能有待提高的技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例1提供的光电双催化析氢催化剂中RuP纳米颗粒示意图；
图2为本申请实施例1提供的光电双催化析氢催化剂中铜纳米线示意图；
图3为本申请实施例1提供的光电双催化析氢催化剂示意图；
图4为本申请实施例2提供的铜纳米线的X射线衍射谱图；
图5为本申请实施例2提供的光电双催化析氢催化剂的X射线衍射谱图；
图6为本申请实施例2-5提供的RuP纳米颗粒、Cu-RuP异质结构在碱性电解质中的线性扫描伏安曲线图；
图7为本申请实施例2提供的铜纳米线、RuP纳米颗粒、Cu-RuP异质结构在未光照或者光照条件下的线性扫描伏安曲线图(碱性电解质中)；
图8为本申请实施例2-5提供的Cu-RuP异质结构在碱性电解质中的开光和闭光时的电流时间曲线；
图9为本申请实施例2-5提供的Cu-RuP异质结构在碱性电解质中光照后的最大电流密度(实线)和开-闭光电流密度变化值(虚线)随铜负载量变化的折线图；
图10为本申请实施例2提供的RuP纳米颗粒、Cu纳米线和Cu-RuP异质结构催化剂在碱性电解质中开光和闭光时的电流时间曲线图；
图11为本申请实施例2提供的Cu-RuP异质结构催化剂在不同光密度条件下的电化学阻抗图谱；
图12为本申请实施例2提供的铜纳米线、RuP纳米颗粒、Cu-RuP异质结构在未光照或者光照条件下的线性扫描伏安曲线图(酸性电解质中)；
图13为本申请实施例2-5提供的铜纳米线、RuP纳米颗粒、Cu-RuP异质结构在酸性电解质中的开光和闭光时的电流时间曲线；
图14为本申请实施例2提供的铜纳米线、RuP纳米颗粒、Cu-RuP异质结构在未光照或者光照条件下的线性扫描伏安曲线图(中性电解质中)；
图15为本申请实施例2-5提供的铜纳米线、RuP纳米颗粒、Cu-RuP异质结构在中性电解质中的开光和闭光时的电流时间曲线；
图16为本申请实施例2、6-7提供的Cu-RuP异质结构在碱性电解质中的线性扫描伏安曲线图；
图17为本申请实施例2、8-9提供的Cu-RuP异质结构在碱性电解质中的线性扫描伏安曲线图。
具体实施方式
本申请提供了一种光电双催化析氢催化剂及制备方法和膜电极、氢燃料电池，用于解决现有技术中磷化钌等析氢催化性能有待提高的技术问题。
下面将结合附图对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
实施例1
本申请实施例1提供了一种光电双催化析氢催化剂，光电双催化析氢催化剂的组成包括铜纳米线和磷化钌纳米颗粒，磷化钌纳米颗粒与铜纳米线复合构成Cu-RuP异质结构，磷化钌纳米颗粒与铜纳米线复合构成的Cu-RuP异质结构如附图3所示，Cu-RuP异质结构中Cu纳米线具有很强的电子传导率可以实现快速电子转移提高催化效率，而Cu-RuP异质结构中RuP纳米颗粒具有优异的水解离和氢脱附位点，为催化反应提供高效平台，从而铜纳米线和磷化钌纳米颗粒复合后能够降低在酸性、中性以及酸性电解液中的过电位，提高析氢催化剂的催化性能；并且Cu-RuP异质结构中Cu纳米线和RuP纳米颗粒具有很强的电子相互作用，且具有光电转换能力，在光照下产生电流，具有了光催化析氢的能力，使得催化剂在酸性、中性以及酸性电解液中的过电位进一步降低，提高了析氢催化剂的催化性能，氢气容易析出，从而解决现有技术中磷化钌等析氢催化性能有待提高的技术问题。
对于Cu-RuP异质结构中Cu纳米线尺寸，参见附图2，从附图2可以看出，铜纳米线的直径为100-200nm，长度为1000～3000nm，而Cu-RuP异质结构中RuP纳米颗粒，参见附图1，从附图1可以看出，RuP纳米颗粒的粒径为50～100nm，纳米尺寸的Cu纳米线和RuP纳米颗粒表面积大，能够提供更多的水解离和氢脱附位点，氢气释放量更多，提高析氢反应速率。
对于Cu-RuP异质结构中Cu纳米线和RuP纳米颗粒的质量比例，优选Cu纳米线和RuP纳米颗粒的质量比为19:81，该质量比例下，Cu-RuP异质结构的在酸性、中性以及酸性电解液中的过电位最低，氢气最容易析出，析氢催化剂的催化性能优越。
实施例2
本申请实施例2提供了实施例1所述光电双催化析氢催化剂的一种制备方法，制备方法包括铜纳米线的制备步骤、RuP纳米颗粒的制备步骤以及Cu-RuP异质结构的制备步骤。
其中，铜纳米线的制备步骤包括将20mL15MKOH，1mL0.1MCu(NO3)2和0.15mL乙二胺(EDA)混合均匀，在70℃中保持1h，然后滴加25mL35％水合肼(N2H4)，冷却至室温，以8000转/分钟的转速下离心3分钟，用1MHCl浸泡10分钟，再以8000转/分钟的转速下离心3分钟得到产物，用乙醇洗涤，然后在35℃真空干燥箱内干燥过夜，得到铜纳米线；
RuP纳米颗粒的制备步骤包括将20mgRuCl3·3H2O、50mgNaH2PO2、4mL去离子水混合均匀，然后，超声40min，将混合后的溶液转移到90℃加热板上烘干水分，再在100℃真空干燥箱中干燥4h，将得到的固体混合物在管式炉中(H2氛围)以5℃/min升温至500℃，保持2.5h，冷却至室温后，用氩气进行0.6h的钝化处理，再将处理后的固体研磨成粉末后水洗三次后，冷冻干燥，得到RuP纳米颗粒；
Cu-RuP异质结构的制备步骤包括预处理铜纳米线的步骤、铜纳米线和RuP纳米颗粒复合的步骤；
预处理铜纳米线的步骤为酸浸预处理，将4mg制备的铜纳米线用20％稀盐酸浸泡30分钟，用乙醇洗涤，在35℃真空干燥箱内干燥，然后将干燥后的铜纳米线超声分散在10mL乙醇溶剂中，得到铜纳米线溶液；
铜纳米线和RuP纳米颗粒复合的步骤将16mgRuP纳米颗粒超声分散在10mL乙醇中，得到RuP纳米颗粒溶液，然后将RuP纳米颗粒溶液和铜纳米线溶液室温下搅拌24h，10000转/分钟的转速下离心3分钟得到，使得将RuP纳米颗粒与铜纳米线复合构成Cu-RuP异质结构，在35℃真空干燥箱内干燥，得到光电双催化析氢催化剂，附图4-5分别为本实施例提供的铜纳米线和Cu-RuP异质结构的X射线衍射谱图，从图中可以看出，RuP纳米颗粒与铜纳米线复合得到了Cu-RuP异质结构；本实施例中考虑到预处理铜纳米线的损失，Cu-RuP异质结构的光电双催化析氢催化剂中，铜纳米线的质量分数为19％。
实施例3
本申请实施例3提供了实施例1所述光电双催化析氢催化剂的一种制备方法，制备方法与实施例2的区别在于，铜纳米线的加入质量为16mg，Cu-RuP异质结构的光电双催化析氢催化剂中，铜纳米线的质量分数为50％。
实施例4
本申请实施例4提供了实施例1所述光电双催化析氢催化剂的一种制备方法，制备方法与实施例2的区别在于，铜纳米线的加入质量为8mg，Cu-RuP异质结构的光电双催化析氢催化剂中，铜纳米线的质量分数为33％。
实施例5
本申请实施例5提供了实施例1所述光电双催化析氢催化剂的一种制备方法，制备方法与实施例2的区别在于，铜纳米线的加入质量为2mg，Cu-RuP异质结构的光电双催化析氢催化剂中，铜纳米线的质量分数为8％。
实施例6
本申请实施例6提供了实施例1所述光电双催化析氢催化剂的一种制备方法，制备方法与实施例2的区别在于，铜纳米线用20％稀盐酸浸泡15分钟。
实施例7
本申请实施例7提供了实施例1所述光电双催化析氢催化剂的一种制备方法，制备方法与实施例2的区别在于，铜纳米线用20％稀盐酸浸泡45分钟。
实施例8
本申请实施例8提供了实施例1所述光电双催化析氢催化剂的一种制备方法，制备方法与实施例2的区别在于，RuP纳米颗粒溶液和铜纳米线溶液室温下搅拌12h。
实施例9
本申请实施例9提供了实施例1所述光电双催化析氢催化剂的一种制备方法，制备方法与实施例2的区别在于，RuP纳米颗粒溶液和铜纳米线溶液室温下搅拌36h。
实施例10
本申请实施例10提供了一种膜电极，所述膜电极包括依次叠加的质子交换膜、催化剂层、扩散层；其中催化剂层包括实施例1-9所述光电双催化析氢催化剂。
膜电极是氢燃料电池的核心部件，本申请实施例1-9所述光电双催化析氢催化剂过电位低，与商用Pt/C接近，说明能作为氢燃料电池中Pt/C的替代品，且实施例1-9所述光电双催化析氢催化剂材质为Ru、P以及Cu，价格较为低廉，降低了氢燃料电池中膜电极的成本。
实施例11
本申请实施例11提供了一种氢燃料电池，氢燃料电池组成包括双极板及其两侧的膜电极；膜电极为实施例10所述膜电极，由于本实施例11氢燃料电池所用的膜电极中催化剂层催化性能优异，从而能降低氢燃料电池成本降低，为氢燃料电池普及做出贡献。
测试例1
本测试例对实施例2提供的RuP纳米颗粒、铜纳米线的质量分数为19％的Cu-RuP异质结构以及实施例3-5提供的铜纳米线的质量分数分别为8％、33％、50％的Cu-RuP异质结构析氢反应性能；析氢反应性能包括在酸性、中性以及碱性电解质中的过电位、光照条件下的过电位以及不同光照下的阻抗。
其中，在碱性电解质中的过电位测试是在采用标准的三电极系统在型号为CHI-750E的电化学工作站上并在1MKOH溶液中进行测试，石墨棒和Hg/HgO电极分别用作对电极和参比电极；用氧化铝抛光玻碳电极，然后在0.1M硫酸、去离子水和乙醇中连续超声10min；然后用UV-BZD250-S光源发出的紫外光照射无斑点电极，以去除任何有机污染；RuP纳米颗粒、Cu-RuP异质结构等催化剂墨水制备如下：首先将5mg催化剂分散在1mL的乙醇、去离子水和Nafion(5wt.％)的混合溶液中，超声30分钟制得催化剂墨水，其中每1ml催化剂墨水中含有5mg催化剂，490μL乙醇，490μL去离子水，然后将10μL的催化剂墨水滴加到用氧化铝粉末抛光的L型玻碳电极(GCE，表面积为0.125cm2)上，并在室温下自然干燥。在1MKOH溶液中先在-0.9V至-1.2V(vs.Hg/HgO)之间以10mVs-1的扫描速率进行循环伏安扫描(CV)进行活化，然后再进行线性扫描伏安(LSV)测量；以测试实施例2提供的RuP纳米颗粒以及实施例2-5提供的Cu-RuP异质结构在碱性电解质中过电位；酸性电解质中过电位测试区别为在0.5M硫酸溶液中进行测试，中性电解质中过电位测试区别为在1Mpbs溶液中进行测试。
光照条件下的过电位以及不同光照下的电流密度用氙灯(CEL-HXF300)照射玻碳电极表面(光密度为14.3mWcm-2、31.2mWcm-2、49.5mWcm-2、63.9mWcm-2)。根据等式E(vs.RHE)＝E(vs.Hg/HgO)+0.098V+0.059*pH，将对Hg/HgO测得的电势转换为相对于可逆氢电极(RHE)的电势。
其中，实施例2-5提供的RuP纳米颗粒、Cu-RuP异质结构在碱性电解质中过电位如附图6所示，从附图6可以看出，在电流密度为10mAcm-2时，实施例2提供的RuP纳米颗粒、Cu-RuP异质结构过电位分别为44mV和30mV，这说明Cu纳米线具有很强的电子传导率可以实现快速电子转移提高催化效率，RuP具有优异的水解离和氢脱附位点，为催化反应提供高效平台，从而铜纳米线和磷化钌纳米颗粒复合后能够降低在酸性电解液中的过电位，提高析氢催化剂的催化性能。
进一步的，为比较光照对铜纳米线、RuP纳米颗粒以及Cu-RuP异质结构析氢催化剂的催化性能的影响，对实施例2提供的铜纳米线、RuP纳米颗粒、Cu-RuP异质结构在碱性电解质进行过电位测试，其结果图图7所示，从图7中可以看出光照(14.3mW cm-2)后，在电流密度为10mA cm-2时，实施例2提供的Cu-RuP异质结构过电位降低至4mV，而铜纳米线、RuP纳米颗粒光照后过电位基本没有变化，这说明Cu-RuP异质结构具有很强的电子相互作用，且具有光电转换能力，在光照下产生电流，具有了光催化析氢的能力，使得催化剂在碱性电解液中的过电位进一步降低，提高了析氢催化剂的催化性能，氢气容易析出。
为探究光照后，Cu-RuP异质结构过电位降低原因，对实施例2-5提供的Cu-RuP异质结构以及实施例2提供的铜纳米线、RuP纳米颗粒进行电流密度测试，其结果如图8-10所示，从图8-9可以看出，实施例2-5提供的Cu-RuP异质结构在光照(14.3mW cm-2)后均能产生电流，有利于降低过电位，提高析氢反应性能；从图10可以看出，实施例2提供的铜纳米线、RuP纳米颗粒产生的电流密度增强远低于Cu-RuP异质结构。
进一步的，对实施例2提供的Cu-RuP异质结构在碱性电解质溶液中不同光密度条件下的电化学阻抗测试，电化学阻抗图谱如图11所示，从图11可以看出，光照后，Cu-RuP异质结构的阻抗降低，且随着光密度提高，Cu-RuP异质结构的阻抗进一步降低。
其中，实施例2提供的铜纳米线、RuP纳米颗粒、Cu-RuP异质结构在酸性电解质(0.5M硫酸)中未光照或者光照的过电位如附图12所示，从图12可以看出，未光照时，实施例2提供的RuP纳米颗粒、Cu-RuP异质结构过电位分别为61mV和50mV，光照后，RuP纳米颗粒过电位基本没变，而Cu-RuP异质结构过电位降低至33mV，这与在酸性电解中相同，说明RuP纳米颗粒与铜纳米线复合的Cu-RuP异质结构具有了光催化析氢的能力，使得催化剂在碱性电解液中的过电位进一步降低，提高了析氢催化剂的催化性能，氢气容易析出。
实施例2提供的铜纳米线、RuP纳米颗粒、Cu-RuP异质结构在酸性电解质(0.5M硫酸)中开光和闭光时的电流时间曲线如图13所示，从图13可以看出，光照后，Cu-RuP异质结构表现出电流密度增强。
其中，实施例2提供的铜纳米线、RuP纳米颗粒、Cu-RuP异质结构在中性电解质(1MPBS)中未光照或者光照的过电位如附图14所示，从图14可以看出，未光照时，实施例2提供的RuP纳米颗粒、Cu-RuP异质结构过电位分别为206mV和174mV，光照后，RuP纳米颗粒过电位基本没变，而Cu-RuP异质结构过电位降低至139mV，这与在酸性电解质和碱性电解质中相同，说明RuP纳米颗粒与铜纳米线复合的Cu-RuP异质结构具有了光催化析氢的能力，使得催化剂在中性电解液中的过电位进一步降低，提高了析氢催化剂的催化性能，氢气容易析出。
实施例2提供的铜纳米线、RuP纳米颗粒、Cu-RuP异质结构在酸性电解质(1MPBS)中开光和闭光时的电流时间曲线如图15所示，从图15可以看出，光照后，Cu-RuP异质结构表现出电流密度增强。
测试例2
本测试例对实施例2提供的Cu-RuP异质结构、实施例6-7提供的Cu-RuP异质结构以及实施例8-9提供的Cu-RuP异质结构进行性能测试。
其中，实施例2提供的Cu-RuP异质结构、实施例6-7提供的Cu-RuP异质结构在1MKOH溶液中的线性扫描伏安曲线图如图16所示，从图16可以看出，通过调整酸浸处理铜纳米线的时间可以优化Cu-RuP异质结构的过电位，提高析氢性能，其中，酸浸处理铜纳米线的时间为30min时，Cu-RuP异质结构的过电位最低，析氢性能最优。
实施例2提供的Cu-RuP异质结构、实施例8-9提供的Cu-RuP异质结构在1MKOH溶液中的线性扫描伏安曲线图如图17所示，从图17可以看出，通过调整铜纳米线和RuP搅拌反应时间可以优化Cu-RuP异质结构的过电位，提高析氢性能，其中，铜纳米线和RuP搅拌反应时间为24h时，Cu-RuP异质结构的过电位最低，析氢性能最优。
以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种光电双催化析氢催化剂，其特征在于，所述光电双催化析氢催化剂包括铜纳米线和磷化钌纳米颗粒；
所述磷化钌纳米颗粒与铜纳米线复合构成Cu-RuP异质结构。
2.根据权利要求1所述的一种光电双催化析氢催化剂，其特征在于，所述光电双催化析氢催化剂中铜纳米线和磷化钌纳米颗粒的质量比为8～50:50～92。
3.根据权利要求1所述的一种光电双催化析氢催化剂，其特征在于，所述光电双催化析氢催化剂中铜纳米线和磷化钌纳米颗粒的质量比为19:81。
4.根据权利要求1所述的一种光电双催化析氢催化剂，其特征在于，所述铜纳米线的直径为100-200nm，长度为1000～3000nm；
所述RuP纳米颗粒的粒径为50～100nm。
5.权利要求1-4任一项所述的一种光电双催化析氢催化剂的制备方法，其特征在于，制备方法包括步骤：
步骤S1、将铜纳米线进行酸浸预处理，得到预处理铜纳米线；
步骤S2、将预处理铜纳米线洗涤、干燥后分散在溶剂中，得到铜纳米线溶液；
步骤S3、将铜纳米线溶液和RuP纳米颗粒溶液搅拌混合后离心，磷化钌纳米颗粒与铜纳米线复合构成Cu-RuP异质结构，得到光电双催化析氢催化剂。
6.根据权利要求5所述的一种光电双催化析氢催化剂的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述酸浸预处理的时间为30min。
7.根据权利要求5所述的一种光电双催化析氢催化剂的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述搅拌混合的时间为24h；
所述离心的转速为10000r/min，时间为3min。
8.根据权利要求5所述的一种光电双催化析氢催化剂的制备方法，其特征在于，所述酸浸预处理所用的酸为盐酸，所述盐酸溶液的质量浓度为20％。
9.一种膜电极，其特征在于，所述膜电极包括依次叠加的质子交换膜、催化剂层、扩散层；
所述催化剂层包括权利要求1-4任一项所述的光电双催化析氢催化剂或权利要求5-8任一项所述的制备方法制备得到的光电双催化析氢催化剂。
10.一种氢燃料电池，其特征在于，包括双极板及其两侧的膜电极；
所述膜电极为权利要求9所述膜电极。
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