一种PdH@Ru纳米棒及其制备方法和应用

本发明属于催化剂，具体涉及一种pdh@ru纳米棒及其制备方法和应用。

背景技术：

1、随着化石燃料的逐渐消耗以及全球能源需求的日益增长，氢气作为一种绿色清洁的燃料被认为是未来低碳能源系统的潜在候选燃料之一。氢气的商业化制备仍然以传统化石燃料的裂解工艺所得副产物为主，该工艺的不可持续性和纯度阈值限制了氢能的高效利用。

2、电解水技术的高能效和高纯度的显著优点受到了广泛关注。阴离子交换膜电解水装置以碱性无机电解液(如koh、naoh)为原料，阳极发生氧气析出反应，阴极发生氢气析出反应(her)，产物为h2和h2o，可实现高效超纯氢气产出。实现这一设想的关键是开发改进电催化剂，使其对所涉及的化学转化具有适当的效率和选择性。

3、目前，阴极her的最常用催化剂为商业化pt黑和pt碳催化剂，但贵金属pt自然丰度低，成本高昂的缺点制约了其大规模商业化应用，且其电催化活性不佳。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种pdh@ru纳米棒及其制备方法和应用。本发明提供的pdh@ru纳米棒作为阴极催化剂具有良好的催化电解水的性能。

2、为了实现以上目的，本发明提供了以下技术方案。

3、本发明提供了一种pdh@ru纳米棒，包括一维pdh内核和负载于所述pdh一维内核表面的ru外壳；所述pdh一维内核为空腔结构；

4、所述pdh@ru纳米棒具有空心竹节结构。

5、优选地，所述一维pdh内核和ru外壳的质量比为100～0.1：1；

6、所述ru外壳的厚度为0.1～10nm。

7、本发明还提供了上述所述的pdh@ru纳米棒的制备方法，包括以下步骤：

8、将钯盐前驱体、聚乙烯吡咯烷酮、无机碘盐和去离子水混合后，进行水热反应，得一维pd纳米棒晶种；

9、将一维pd纳米棒晶种分散在乙二醇、l-抗坏血酸、聚乙烯吡咯烷酮混合液中，得到pd纳米棒分散液；

10、在油浴热条件下外置注射推入钌盐前驱体的溶液至pd纳米棒分散液，生长钌金属外壳，得到pd@ru纳米棒；

11、将pd@ru纳米棒分散于有机酰胺溶剂中进行溶剂热反应，得到所述pdh@ru纳米棒。

12、优选地，所述钯盐前驱体包括乙酰丙酮钯、醋酸钯、氯亚钯酸钠、氯亚钯酸钾、氯化钯、氯亚钯酸胺、氯钯酸和氯钯酸钾中的一种或几种；所述无机碘盐包括碘化钾和/或碘化钠；

13、所述钌盐前驱体包括乙酰丙酮钌、醋酸钌、氯亚钌酸钠、氯亚钌酸钾、氯化钌、氯亚钌酸胺和氯钌酸中的一种或几种；

14、所述有机酰胺溶剂包括n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺和n,n-二甲基丙酰胺中的一种或几种。

15、优选地，所述水热反应的温度为180～220℃，保温时间为1～5h。

16、优选地，所述油浴热的温度为180～220℃，生长钌金属外壳的时间为100～200min。

17、优选地，所述溶剂热反应的温度为180～220℃，保温时间为30～60h。

18、优选地，所述l-抗坏血酸与pd纳米棒的质量比为1：20～30；

19、所述钯盐前驱体和无机碘盐的质量比为1：8～15。

20、优选地，所述钌前驱体的溶液的浓度为1～2mg·ml-1；

21、所述钌前驱体与聚乙烯吡咯烷酮的质量比为1：30～80。

22、本发明还提提供了所述的pdh@ru纳米棒或所述制备方法制备得到的pdh@ru纳米棒作为阴离子阴极反应催化剂用于阴离子交换膜电解水装置中的应用。

23、本发明提供了一种pdh@ru纳米棒，包括一维pdh内核和负载于所述pdh一维内核表面的ru外壳；所述pdh一维内核为空腔结构；所述pdh@ru纳米棒具有空心竹节结构。本发明提供的pdh@ru纳米棒由于特殊的形貌，可以暴露更多催化活性位点，空心竹节结构可以促进反应分子的碰撞几率，促进反应动力学反应速率的优化，一维结构也具有较高的质子、电子传输能力，在ru壳层和pdh内核的双her活性组分协同作用，最终实现催化性能的提高，因此，在阴离子交换膜电解水装置的阴极表现出较高的催化活性。

技术特征：

1.一种pdh@ru纳米棒，其特征在于，包括一维pdh内核和负载于所述pdh一维内核表面的ru外壳；所述pdh一维内核为空腔结构；

2.如权利要求1所述的pdh@ru纳米棒，其特征在于，所述一维pdh内核和ru外壳的质量比为100～0.1：1；

3.权利要求1或2所述的pdh@ru纳米棒的制备方法，包括以下步骤：

4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述钯盐前驱体包括乙酰丙酮钯、醋酸钯、氯亚钯酸钠、氯亚钯酸钾、氯化钯、氯亚钯酸胺、氯钯酸和氯钯酸钾中的一种或几种；所述无机碘盐包括碘化钾和/或碘化钠；

5.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述水热反应的温度为180～220℃，保温时间为1～5h。

6.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述油浴热的温度为180～220℃，生长钌金属外壳的时间为100～200min。

7.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂热反应的温度为180～220℃，保温时间为30～60h。

8.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述l-抗坏血酸与pd纳米棒的质量比为1：20～30；

9.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述钌前驱体的溶液的浓度为1～2mg·ml-1；

10.权利要求1或2所述的pdh@ru纳米棒或权利要求3～9任一项所述制备方法制备得到的pdh@ru纳米棒作为阴离子阴极反应催化剂用于阴离子交换膜电解水装置中的应用。

技术总结本发明属于催化剂技术领域，具体涉及一种PdH@Ru纳米棒及其制备方法和应用。本发明提供的PdH@Ru纳米棒由于特殊的形貌，可以暴露更多催化活性位点，空心竹节结构可以促进反应分子的碰撞几率，促进反应动力学反应速率的优化，一维结构也具有较高的质子、电子传输能力，在Ru壳层和PdH内核的双HER活性组分协同作用，最终实现催化性能的提高，因此，在阴离子交换膜电解水装置的阴极表现出较高的催化活性。技术研发人员：江娴,魏娴子,陈慕舜,付传凯受保护的技术使用者：南京理工大学技术研发日：技术公布日：2024/6/20