一种fcc-RuNi纳米颗粒及其制备方法和应用

本发明涉及电催化剂领域，特别是指一种fcc-runi纳米颗粒及其制备方法和应用。

背景技术：

1、钌基纳米材料由于具有于铂相似的氢键结合能以及更低的价格，被视为在析氢反应方面铂碳的潜在替代。然而，相比于铂，常规相密排六方钌(hcp-ru)较低的反应活性是钌实现规模应用的阻碍。将钌与价格相对低廉的过渡金属元素合金化是一种简单而有效的策略，既可以进一步降低催化剂材料的成本，又通过配体效应和应变效应来提升材料的催化性能。

2、晶相工程是一种调控晶体结构，通过将晶体结构调整成亚稳相来提高材料催化活性的策略；对于钌而言，钌的稳定相是密排六方结构。然而，稳定相的钌基材料的性能仍有待提高。于是，制备具有亚稳定相(面心立方结构)的钌基纳米材料是进一步提升钌基材料的性能的有效策略。

3、在亚稳定相(面心立方结构)的钌基纳米材料中，亚稳定相(面心立方结构)在热力学上的不稳定性使得其更容易出现缺陷(堆叠层错、孪晶)，这进一步增加了催化剂的反应活性面积，提升性能。

4、在钌基纳米材料中，通过合成具有亚稳相的钌基纳米颗粒还没有被大多人关注，多数研究所合成的钌基纳米颗粒都是具有稳定相(密排六方结构)。因此，利用晶相调控，完成纳米材料的精准构筑，获得具有更加优异活性的纳米催化剂是一项非常亟待研究的问题。

5、专利文献cn107507987 b公开了一种ru修饰conip纳米晶及其制备方法和应用，ru修饰conip纳米晶中，conip纳米晶晶相为六方晶相，ru为面心立方相(fcc)。该方案在0.5m的h2so4溶液中进行电化学性能测试，ru修饰conip纳米晶的tafel斜率约为43mv/dec，比20％ pt/c的tafel斜率(31mv/dec)大，在析氢反应中的催化活性有待进一步提高。而且该方案只测了循环9小时的稳定性，对于更长循环时间的稳定性则并未涉及。

技术实现思路

1、本发明提出一种fcc-runi纳米颗粒及其制备方法和应用，制备的fcc-runi纳米颗粒作为电催化剂具有优异的her催化活性和稳定性，在10ma cm-2处的过电位较商业用ru/c减少了30mv以上，tafel斜率比商业pt/c减少了19mv dec-1；fcc-runi在20h小时当中仍保持了其高活性。

2、本发明的技术方案是这样实现的：一种fcc-runi纳米颗粒的制备方法，包括以下步骤：

3、(1)将9-19.5mg的无水氯化钌、3-6.5mg的乙酰丙酮镍和75-150mg的一水柠檬酸分散于2-6ml的油胺中，超声混合得到溶液a；

4、(2)将溶液a进行加热反应后，迅速冷却至室温，得到溶液b，加热反应的方法为：先加热到140-160℃，保温20-40分钟，然后升温至250-260℃，保温200-240分钟；

5、(3)将溶液b离心得到中间产物，中间产物经洗涤后，得到fcc-runi纳米颗粒。

6、本发明通过调控镍和钌的相对还原速度，使二者还原速度相差不大，从而使镍诱导钌镍合金纳米颗粒的晶体结构，使得合成的runi纳米颗粒具有亚稳相的面心立方晶体结构。

7、进一步地，步骤(2)中，迅速冷却的速度为15-30℃/min。

8、进一步地，步骤(1)中，超声时间不少于30分钟。

9、进一步地，步骤(3)中，中间产物洗涤的具体方法为：将中间产物经超声分散于乙醇和环己烷中，然后离心沉淀，重复2-3次。

10、一种fcc-runi纳米颗粒，由所述制备方法制备，所述fcc-runi纳米颗粒包括runi纳米颗粒，runi纳米颗粒的晶相为面心立方相(fcc)。

11、进一步地，所述fcc-runi纳米颗粒中，ni分布在纳米颗粒的中心处。

12、进一步地，所述fcc-runi纳米颗粒的尺寸为8-10纳米。

13、一种fcc-runi纳米颗粒作为析氢反应电催化剂的应用。

14、本发明的有益效果：

15、本发明的fcc-runi纳米颗粒是具有面心立方晶体结构的钌镍合金纳米颗粒；fcc-runi纳米颗粒的尺寸为8-10纳米，ni主要分布在纳米颗粒中心，fcc-runi纳米颗粒中具有很多的缺陷，在电催化反应中能够提供丰富的活性位点，具有非常良好的her催化性能。

16、本发明的制备方法为一锅法，操作简单，可重复性良好，产量高；在同一体系下，改变反应条件可实现催化剂组分等的可控调控，是一种简便、高效的制备方法。

17、本发明的fcc-runi纳米颗粒在电解水阴极反应—析氢反应(her)中的应用，其her性能优于商业用pt/c和商业用ru/c，其her性能在10ma cm-2处的过电位较商业用ru/c减少了30mv以上，与商业用pt/c纳米颗粒相比，其her性能在10ma cm-2处的过电位减少了17mv以上，具有更好的her催化活性。fcc-runi纳米颗粒的tafel斜率为30mv dec-1，这低于商业pt/c的tafel斜率(49mv dec-1)以及商业ru/c的tafel斜率(57mv dec-1)，fcc-runi在20h小时当中仍保持了其高活性。同时，本发明中的fcc-runi纳米颗粒在催化其他电化学反应中也有良好的表现，比如催化析氧反应、全水解反应等。

技术特征：

1.一种fcc-runi纳米颗粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种fcc-runi纳米颗粒的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，迅速冷却的速度为15-30℃/min。

3.根据权利要求1所述的一种fcc-runi纳米颗粒的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，超声时间不少于30分钟。

4.根据权利要求1所述的一种fcc-runi纳米颗粒的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，中间产物洗涤的具体方法为：将中间产物经超声分散于乙醇和环己烷中，然后离心沉淀，重复2-3次。

5.一种fcc-runi纳米颗粒，其特征在于，由权利要求1-5之一所述的制备方法制备，所述fcc-runi纳米颗粒包括runi纳米颗粒，runi纳米颗粒的晶相为面心立方相。

6.根据权利要求5所述的一种fcc-runi纳米颗粒，其特征在于，所述fcc-runi纳米颗粒中，ni分布在纳米颗粒的中心处。

7.根据权利要求5所述的一种fcc-runi纳米颗粒，其特征在于，所述fcc-runi纳米颗粒的尺寸为8-10纳米。

8.一种权利要求5-7之一所述的fcc-runi纳米颗粒作为析氢反应电催化剂的应用。

技术总结本发明提出了一种fcc‑RuNi纳米颗粒及其制备方法和应用，所述fcc‑RuNi合金纳米颗粒是由Ni诱导并采用一锅法合成的，将9‑19.5mg的无水氯化钌、3‑6.5mg的乙酰丙酮镍和75‑150mg的一水柠檬酸超声分散于2‑6mL的油胺中，然后先加热到140‑160℃，保温20‑40分钟，然后升温至250‑260℃，保温200‑240分钟。本发明制备的fcc‑RuNi纳米颗粒作为电催化剂具有优异的HER催化活性和稳定性，在10mA cm<supgt;‑2</supgt;处的过电位较商业用Ru/C减少了30mV以上，tafel斜率比商业Pt/C减少了19mV dec<supgt;‑1</supgt;；fcc‑RuNi在20h小时当中仍保持了其高活性。技术研发人员：郭海中,陈康,高晗,刘云,朱诗雨受保护的技术使用者：郑州大学技术研发日：技术公布日：2024/9/12