一种COF基氮掺杂碳负载超细钌材料的制备和应用

本发明涉及多孔氮掺杂碳负载钌材料制备，更具体地说，它涉及一种cof基氮掺杂碳负载超细钌材料的制备和应用。

背景技术：

1、氢能作为一种二次能源，因其绿色而来源广泛等特点，是未来国家能源体系的重要组成部分，是用能终端实现绿色低碳发展的重要载体。而氢能发展的核心工作在于电解水制氢。受限于电解水析氢中较大过电位的制约，工业生产中的能耗成为了其发展的限制瓶颈。商用铂碳催化剂以其优良的性能成为应用最为广泛的催化剂，但由于高负载量下制备难度较大且进口依赖度较高，铂的低地壳储量与较高的价格限制了它的规模化应用。故而开发一种高活性、低负载量、高稳定性与低成本的析氢催化剂是当前最大挑战。

2、由于钌(ru)和铂(pt)之间的氢键强度相似，且ru目前的价格仅为pt的1/3。因此，ru基her催化剂有望取代pt基her催化剂。同时，为进一步降本增效，在降低ru负载量的同时，提高ru的原子利用率无疑是一个重点方向，超细钌材料的制备为此提供了一种解决方案。富氮cof材料存在大量氨基/亚胺，可以提供丰富的化学吸附点位，以其为氮掺杂碳材料的前体来锚定ru离子，并在热解中加以还原，可以形成分散均匀且结合牢固的超细钌纳米簇乃至钌单原子；同时，结构基元的六元环结构在热解中对石墨化大有裨益，更有助于提升基底导电能力，获得的氮掺杂碳材料拥有较为优秀的导电能力，将赋予催化剂较小的内阻，提升催化剂整体导电性，两方面的原因将赋予催化剂更为高效的催化能力，因此被选择为氮掺杂碳前驱体。使用简单的溶液浸渍法将钌与富氮cof结合，有利于大规模制备，且超细钌纳米颗粒与基底的结合力较强，可以拥有更强的稳定性。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种cof基氮掺杂碳负载超细钌材料的制备和应用。

2、本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种cof基氮掺杂碳负载超细钌材料的制备和应用，包括以下步骤：

3、s1：合成富氮cof；

4、s2：将rucl3·xh2o溶解于甲醇；

5、s3：将所述s1合成的富氮cof加入所述s2得到的溶液中，然后搅拌、离心、烘干得到棕色粉末；

6、s4：将所述s3得到的棕色粉末置于瓷舟中，放入管式炉内加热后恒温热解，然后冷却；

7、s5：收集冷却后的产物，获得多孔氮掺杂碳负载钌材料。

8、本发明进一步设置为：所述s1包括以下步骤：

9、s1-1：取等量的均三甲苯与二恶烷混合形成溶剂；

10、s1-2：称量等物质的量的三-(4-甲酰基苯氧基)-1,3,5-三嗪与2,4,6-三(肼基)-1,3,5-三嗪，加入s1-1得到的混合溶剂中，并加入适量6m hoac作为催化剂，置于不锈钢反应釜中，120℃反应72h；

11、s1-3：经所述s1-2反应后冷却滤出产物，依次以亚甲基氯、丙酮、1,4-环氧丁烷洗涤产物，每种溶剂清洗三次，烘干，研磨成粉末，即得到富氮cof。

12、本发明进一步设置为：所述s3中溶液搅拌时间为12h。

13、本发明进一步设置为：所述s4中炉内升温速率为5℃/min，加热至700℃后进行恒温热解，恒温热解时间为1h。

14、本发明进一步公开了一种cof基氮掺杂碳负载超细钌材料在电催化析氢领域的应用。

15、综上所述，本发明具有以下有益效果：

16、本发明的ru-ncs在碱性环境中展现出超越商用pt/c催化剂的催化能力，并且在酸性环境中拥有与铂碳相媲美的催化活性；ru-ncs材料在碱性环境下拥有最小的tafel斜率，其在酸性环境下仅大于铂碳；ru-ncs材料恒电压下具有高稳定性。

技术特征：

1.一种cof基氮掺杂碳负载超细钌材料的制备，其特征是：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种cof基氮掺杂碳负载超细钌材料的制备，其特征是：所述s1包括以下步骤：

3.根据权利要求1所述的一种cof基氮掺杂碳负载超细钌材料的制备，其特征是：所述s3中溶液搅拌时间为12h。

4.根据权利要求1所述的一种cof基氮掺杂碳负载超细钌材料的制备，其特征是：所述s4中炉内升温速率为5℃/min，加热至700℃后进行恒温热解，恒温热解时间为1h。

5.根据权利要求1所述的一种cof基氮掺杂碳负载超细钌材料在电催化析氢领域的应用。

技术总结本发明公开了一种COF基氮掺杂碳负载超细钌材料的制备和应用，涉及多孔氮掺杂碳负载钌材料制备技术领域，其技术方案要点是：包括以下步骤：S1：合成富氮COF；S2：将RuCl<subgt;3</subgt;·xH<subgt;2</subgt;O溶解于甲醇；S3：将S1合成的富氮COF加入S2得到的溶液中，然后搅拌、离心、烘干得到棕色粉末；S4：将S3得到的棕色粉末置于瓷舟中，放入管式炉内加热后恒温热解，然后冷却；S5：收集冷却后的产物，获得多孔氮掺杂碳负载钌材料。本发明的Ru‑NCs在碱性环境中展现出远超商用Pt/C催化剂的催化能力，并且在酸性环境中拥有与Pt/C相比拟的催化活性；Ru‑NCs材料在碱性环境下拥有远小于Pt/C的Tafel斜率，其在酸性环境下稍大于Pt/C；Ru‑NCs材料在酸碱条件下都具有优异的稳定性。技术研发人员：曲孔岗,姚清侠,陈知非受保护的技术使用者：聊城大学技术研发日：技术公布日：2024/4/17