碳包覆镍钌纳米催化剂及其制备方法和阴离子交换膜电解槽与流程

1.本发明涉及纳米材料领域，具体涉及碳包覆镍钌纳米催化剂及其制备方法和阴离子交换膜电解槽。


背景技术：

2.随着化石能源短缺日益严重，氢气作为一种具有高热值的绿色资源受到广泛关注。在众多制氢方法中，电解水已被证明是一种可行的方法。但由于现有技术的高耗能等特性带来的成本负担，导致其性价比不高，限制了其进一步广泛应用。因此，设计在实际电流密度下实现高效和稳定性的析氢催化剂至关重要。
3.目前高效的电解水催化剂包括pt基(her)、ir基(oer)催化剂，但因为价格高昂，严重制约了电解水技术的规模化应用。由于非贵金属价格低廉、储量丰富，近来成为替代贵金属催化剂的研究热点。然而在一些苛刻条件(如强酸、强碱环境)下，维持非贵金属的稳定性仍存在一定的挑战。
4.邓徳会研究团队(angew.chem.int.ed.,2013,52,371；nat.nanotechnol.,2016,11,218)提出利用卷曲的石墨烯对3d过渡金属纳米粒子进行封装，阻断了活性金属纳米粒子与苛刻反应环境的直接接触，有效延缓和阻止了催化剂的失活；同时，电子能够从被封装的金属向石墨烯层转移，有效地调变了石墨烯的电子结构，从而激发石墨烯层的催化活性。
5.cn110252335a公开了一种碳包覆镍钌纳米材料及其制备方法和应用，该材料由碳包覆镍钌纳米颗粒组成，碳包覆镍钌纳米颗粒包括镍钌纳米合金颗粒以及形成在镍钌纳米合金颗粒表面的至少一层包覆层，镍钌纳米合金颗粒的粒径为2-9nm，包覆层为1-9层石墨化碳层。该碳包覆镍钌纳米材料虽然具有优异的电催化制氢和电催化产氧活性，可以显著降低产氢和产氧的过电势，能在较低的电势下实现碱性条件下全水解，且具有良好的稳定性，但该方法需要使用大量有机溶剂，不利于环保。
6.自碳包覆结构催化剂提出来以后，其在电催化析氢领域得到广泛应用，稳定性得到大幅度提高，但活性与贵金属催化剂相比仍有待提高。


技术实现要素：

7.本发明的目的是为了克服现有技术存在的电解水催化剂催化活性不高的问题，提供了碳包覆镍钌纳米催化剂及其制备方法和阴离子交换膜电解槽。该碳包覆镍钌纳米催化剂具有更佳的催化性能，且制备方法更为绿色环保。
8.为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种碳包覆镍钌纳米催化剂，该碳包覆镍钌纳米催化剂含有碳包覆镍钌纳米颗粒，所述碳包覆镍钌纳米颗粒含有镍钌内核以及包覆在所述镍钌内核表面的石墨化碳层外壳；所述碳包覆镍钌纳米催化剂中，镍元素与钌元素的重量比为(0.2-30)：1。
9.本发明第二方面提供一种制备碳包覆镍钌纳米催化剂的方法，该方法包括：
10.(1)提供含有络合剂、镍源、钌源和溶剂的均相溶液，然后除去所述均相溶液中的
溶剂，得到前驱体；其中，所述络合剂选自不含氮元素的多元有机羧酸；以金属元素计，镍源与钌源的摩尔比为(1-200)：1；
11.(2)将所述前驱体在惰性气氛中进行高温煅烧。
12.本发明第三方面提供一种阴离子交换膜电解槽，所述阴离子交换膜电解槽设置有阴极、阳极、阴离子交换膜和电解液，所述阴极和阳极由所述阴离子交换膜隔开，所述阴离子交换膜的一侧表面涂覆有阴极催化剂，另一侧表面涂覆有阳极催化剂，所述阴极催化剂包括第一方面所述的碳包覆镍钌纳米催化剂或者为按照第二方面所述的方法制得的碳包覆镍钌纳米催化剂。
13.通过上述技术方案，本发明提供的方法采用不含氮元素的多元有机羧酸作为络合剂，将络合剂与镍源、钌源通过“一锅法”制备前驱体，然后将前驱体在惰性气氛中进行高温煅烧，制得的碳包覆镍钌纳米催化剂含有碳包覆镍钌纳米颗粒，所述碳包覆镍钌纳米颗粒含有镍钌内核以及包覆在所述镍钌内核表面的石墨化碳层外壳；所述碳包覆镍钌纳米催化剂中，镍元素与钌元素的重量比为(0.2-30)：1。本发明提供的方法过程简单易于规模化生产，且优选情况下制备过程中溶剂为水相，绿色环保。
14.与现有碳包覆镍纳米催化剂和碳包覆钌纳米催化剂相比，本发明提供的碳包覆镍钌纳米催化剂的碳包覆严密程度高，能够获得更佳的催化性能以及更高的稳定性。
附图说明
15.图1是实施例1制得的碳包覆镍钌纳米催化剂的xrd图；
16.图2是实施例1制得的碳包覆镍钌纳米催化剂的tem图；
17.图3是实施例1制得的碳包覆镍钌纳米催化剂的粒径分布图；
18.图4是实施例1制得的碳包覆镍钌纳米催化剂的hrtem图；
19.图5是实施例1制得的碳包覆镍钌纳米催化剂的bet图；
20.图6是实施例2制得的碳包覆镍钌纳米催化剂的xrd图；
21.图7是实施例4制得的碳包覆镍钌纳米催化剂的xrd图；
22.图8是实施例6制得的碳包覆镍钌纳米催化剂的xrd图；
23.图9是对比例1制得的碳包覆镍纳米催化剂的xrd图；
24.图10是对比例1制得的碳包覆镍纳米催化剂的tem图；
25.图11是对比例2制得的碳包覆钌纳米催化剂的xrd图；
26.图12是对比例2制得的碳包覆钌纳米催化剂的tem图；
27.图13是实施例1制得的碳包覆镍钌纳米催化剂的her活性图；
28.图14是实施例1制得的碳包覆镍钌纳米催化剂的her稳定性图。
具体实施方式
29.在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
30.在本发明中，术语“石墨化碳层”是指在高分辨透射电镜下可明显观察到层状结构
的碳结构，而非无定型结构。该石墨化碳层包覆镍钌纳米颗粒后形成的碳包覆镍钌纳米催化剂呈球形或类球形。
31.在本发明中，术语“碳包覆严密程度”反映过渡金属(镍钌)被石墨化碳层与外部环境隔绝的比例，可以通过高分辨透射电镜(hrtem)的分析结果、过渡金属(镍钌)含量分析结果和酸洗实验结果表征。
32.在本发明中，术语“酸洗损失率”是指碳包覆镍钌纳米催化剂经酸洗后过渡金属(镍钌)的损失比例。酸洗损失率反映了石墨化碳层对过渡金属(镍钌)包覆的严密程度。如果石墨化碳层对过渡金属(镍钌)的包覆不严密，则在酸洗处理后，内核的过渡金属(镍钌)会被酸溶解从而流失。酸洗损失率越大，表明石墨化碳层对过渡金属(镍钌)包覆的严密程度越低，酸洗损失率越小，表明石墨化碳层对过渡金属(镍钌)包覆的严密程度越高。
33.在本发明中，酸洗损失率按以下方式测量并计算得到：
34.按50ml硫酸水溶液(0.5mol/l)投加1g纳米催化剂的比例，在80℃下对纳米催化剂处理16h，然后用去离子水洗涤至中性，干燥后称重、分析，按下式计算酸洗损失率：
35.酸洗损失率＝[1-(酸洗后纳米催化剂中镍钌的质量分数
×
酸洗后纳米催化剂的质量)
÷
(待酸洗纳米催化剂中镍钌的质量分数
×
待酸洗纳米催化剂的质量)]
×
100％。
[0036]
本发明第一方面提供一种碳包覆镍钌纳米催化剂，该碳包覆镍钌纳米催化剂含有碳包覆镍钌纳米颗粒，所述碳包覆镍钌纳米颗粒含有镍钌内核以及包覆在所述镍钌内核表面的石墨化碳层外壳；所述碳包覆镍钌纳米催化剂中，镍元素与钌元素的重量比为(0.2-30)：1。
[0037]
根据本发明的一些实施方式，通过高分辨透射电镜(hrtem)表征该碳包覆镍钌纳米催化剂的表面形貌。高分辨透射电镜(hrtem)在美国fei公司的型号为g2f20的高分辨透射电镜上进行。
[0038]
根据本发明的一些实施方式，所述碳包覆镍钌纳米催化剂中，镍元素与钌元素的重量比为(0.2-30)：1。优选地，所述碳包覆镍钌纳米催化剂中，镍元素与钌元素的重量比为(0.2-16)：1，优选为(0.2-10)：1；更优选为(0.5-5)：1。所述碳包覆镍钌纳米催化剂中镍元素与钌元素的比例由x射线荧光光谱分析仪(xrf)测定，所采用的x射线荧光光谱分析仪(xrf)的型号为rigaku 3013x射线荧光光谱仪，x射线荧光光谱分析测试条件为：扫描时间为100s，气氛为空气。采用上述优选实施方式有利于更好地形成合金相并促进her反应，获得更高的催化活性。
[0039]
根据本发明的一些实施方式，优选地，以所述碳包覆镍钌纳米催化剂的总重量为基准，碳元素的含量为10-60重量％，镍元素的含量为10-80重量％，钌元素的含量为1-70重量％。更优选地，以所述碳包覆镍钌纳米催化剂的总重量为基准，碳元素的含量为16-55重量％，镍元素的含量为12-75重量％，钌元素的含量为2-68重量％。采用上述优选实施方式有利于更好地形成合金相并促进her反应，获得更高的催化活性。
[0040]
根据本发明的一些实施方式，所述碳包覆镍钌纳米催化剂中，碳元素的含量采用元素分析法测定，镍元素和钌元素的含量为xrf测定及归一化扣除碳元素后的含量。
[0041]
根据本发明的一些实施方式，优选地，所述碳包覆镍钌纳米颗粒的粒径为5-50nm，优选为5-15nm。所述碳包覆镍钌纳米颗粒的粒径采用透射电镜法测定，通过电镜图片测量得到。
[0042]
根据本发明的一些实施方式，优选地，所述镍钌内核包括面心立方晶格结构和/或六方紧密晶格结构。
[0043]
根据本发明的一些实施方式，优选地，所述碳包覆镍钌纳米催化剂的x射线衍射图谱中，在2θ为24
°
至26
°
范围内存在衍射峰，且在2θ为44
°
至45
°
、51
°
至52
°
、76
°
至77
°
范围内存在衍射峰和/或在2θ为41
°
至43
°
、47
°
至48
°
、58
°
至63
°
范围内存在衍射峰。
[0044]
根据本发明的一些实施方式，优选地，所述碳包覆镍钌纳米催化剂的x射线衍射图谱中，在2θ为24
°
至26
°
范围内存在衍射峰，且在2θ为38
°
至39.5
°
、41
°
至43
°
、44
°
至45
°
、58
°
至63
°
、69
°
至71
°
范围内存在衍射峰。
[0045]
根据本发明的一些实施方式，在2θ为24
°
至26
°
范围内存在的衍射峰归属为石墨碳的c(002)峰，表明该纳米催化剂的碳层为石墨化碳；在2θ为44
°
至45
°
、51
°
至52
°
、76
°
至77
°
范围内存在的衍射峰分别归属为面心立方晶格结构(fcc)-niru纳米颗粒(镍钌内核)的(111)、(200)、(220)晶面，表明该纳米催化剂含有面心立方晶格结构；在2θ为41
°
至43
°
、47
°
至48
°
、58
°
至63
°
范围内存在的衍射峰分别归属为六方紧密晶格结构(hcp)-niru纳米颗粒(镍钌内核)的(100)、(101)、(102)晶面，表明该纳米催化剂含有六方紧密晶格结构；以及在2θ为38
°
至39.5
°
、41
°
至43
°
、44
°
至45
°
、58
°
至63
°
、69
°
至71
°
范围内存在的衍射峰分别归属为六方紧密晶格结构(hcp)-niru纳米颗粒(镍钌内核)的(100)、(002)、(101)、(102)、(110)晶面，表明该纳米催化剂含有六方紧密晶格结构。
[0046]
根据本发明一种优选的实施方式，所述碳包覆镍钌纳米催化剂含有碳包覆镍钌纳米颗粒，所述碳包覆镍钌纳米颗粒含有镍钌内核以及包覆在所述镍钌内核表面的石墨化碳层外壳；所述碳包覆镍钌纳米催化剂中，镍元素与钌元素的重量比为(0.2-30)：1；所述碳包覆镍钌纳米催化剂的x射线衍射图谱中，在2θ为24
°
至26
°
范围内存在衍射峰，且在2θ为44
°
至45
°
、51
°
至52
°
、76
°
至77
°
范围内存在衍射峰和/或在2θ为41
°
至43
°
、47
°
至48
°
、58
°
至63
°
范围内存在衍射峰时，有利于提高催化剂的催化性能和稳定性。
[0047]
根据本发明一种优选的实施方式，所述碳包覆镍钌纳米催化剂含有碳包覆镍钌纳米颗粒，所述碳包覆镍钌纳米颗粒含有镍钌内核以及包覆在所述镍钌内核表面的石墨化碳层外壳；所述碳包覆镍钌纳米催化剂中，镍元素与钌元素的重量比为(0.2-30)：1；所述碳包覆镍钌纳米催化剂的x射线衍射图谱中，在2θ为24
°
至26
°
范围内存在衍射峰，且在2θ为38
°
至39.5
°
、41
°
至43
°
、44
°
至45
°
、58
°
至63
°
、69
°
至71
°
范围内存在衍射峰时，有利于提高催化剂的催化性能和稳定性。
[0048]
根据本发明一种特别优选的实施方式，所述碳包覆镍钌纳米催化剂含有碳包覆镍钌纳米颗粒，所述碳包覆镍钌纳米颗粒含有镍钌内核以及包覆在所述镍钌内核表面的石墨化碳层外壳；所述碳包覆镍钌纳米催化剂中，镍元素与钌元素的重量比为(1-10)：1；所述碳包覆镍钌纳米催化剂的x射线衍射图谱中，在2θ为24
°
至26
°
范围内存在衍射峰，且在2θ为44
°
至45
°
、51
°
至52
°
、76
°
至77
°
范围内存在衍射峰时，特别有利于提高催化剂的催化性能和稳定性。
[0049]
根据本发明一种特别优选的实施方式，所述碳包覆镍钌纳米催化剂含有碳包覆镍钌纳米颗粒，所述碳包覆镍钌纳米颗粒含有镍钌内核以及包覆在所述镍钌内核表面的石墨化碳层外壳；所述碳包覆镍钌纳米催化剂中，镍元素与钌元素的重量比为(0.2-1)：1；所述碳包覆镍钌纳米催化剂的x射线衍射图谱中，在2θ为24
°
至26
°
范围内存在衍射峰，且在2θ为
38
°
至39.5
°
、41
°
至43
°
、44
°
至45
°
、58
°
至63
°
、69
°
至71
°
范围内存在衍射峰时，特别有利于提高催化剂的催化性能和稳定性。
[0050]
根据本发明一种特别优选的实施方式，所述碳包覆镍钌纳米催化剂含有碳包覆镍钌纳米颗粒，所述碳包覆镍钌纳米颗粒含有镍钌内核以及包覆在所述镍钌内核表面的石墨化碳层外壳；所述碳包覆镍钌纳米催化剂中，镍元素与钌元素的重量比为(10-30)：1；所述碳包覆镍钌纳米催化剂的x射线衍射图谱中，在2θ为24
°
至26
°
范围内存在衍射峰，且在2θ为44
°
至45
°
、51
°
至52
°
、76
°
至77
°
范围内存在衍射峰和/或在2θ为41
°
至43
°
、47
°
至48
°
、58
°
至63
°
范围内存在衍射峰时，特别有利于提高催化剂的催化性能和稳定性。
[0051]
根据本发明的一些实施方式，所述碳包覆镍钌纳米催化剂的成分、内部原子或分子的结构或形态等信息可以通过x射线衍射分析(xrd)表征获得，x射线衍射分析(xrd)在日本岛津的型号为xrd-6000的x射线衍射仪上进行，测试条件包括：管电压40kv，管电流40ma，cu靶kα辐射，2θ扫描范围5
°
至80
°
。
[0052]
根据本发明的一些实施方式，所述碳包覆镍钌纳米催化剂含有碳包覆镍钌纳米颗粒，所述碳包覆镍钌纳米颗粒含有镍钌内核以及包覆在所述镍钌内核表面的石墨化碳层外壳。优选地，所述碳包覆镍钌纳米颗粒含有严密包覆的石墨化碳层外壳/镍钌内核的核壳结构，所述镍钌内核的表面被石墨化碳层外壳严密包覆，碳包覆严密程度高，有利于阻断镍钌内核与苛刻反应环境的直接接触，从而有效延缓和阻止纳米催化剂的失活。
[0053]
根据本发明的一些实施方式，优选地，所述碳包覆镍钌纳米催化剂的酸洗损失率小于55％，优选小于50％。
[0054]
根据本发明的一些实施方式，优选地，所述碳包覆镍钌纳米催化剂的比表面积为80-600m2/g，优选为100-500m2/g。
[0055]
根据本发明的一些实施方式，所述碳包覆镍钌纳米催化剂的氮气吸脱附比表面积测试在quantanchromeas-6b型分析仪测定，催化剂的比表面积由brunauer-emmett-taller(bet)方法得到。
[0056]
本发明第二方面提供一种制备碳包覆镍钌纳米催化剂的方法，该方法包括：
[0057]
(1)提供含有络合剂、镍源、钌源和溶剂的均相溶液，然后除去所述均相溶液中的溶剂，得到前驱体；其中，所述络合剂选自不含氮元素的多元有机羧酸；以金属元素计，镍源与钌源的摩尔比为(1-200)：1；
[0058]
(2)将所述前驱体在惰性气氛中进行高温煅烧。
[0059]
根据本发明的一些实施方式，步骤(1)中，以金属元素计，镍源与钌源的摩尔比为(1-200)：1。优选地，以金属元素计，镍源与钌源的摩尔比为(2-100)：1，优选为(4-50)：1，更优选为(6-20)：1。镍源与钌源的摩尔比在上述优选范围内有利于更好地形成合金相，并促进her反应。
[0060]
根据本发明的一些实施方式，优选地，以金属元素的总摩尔量计，镍源和钌源与络合剂的摩尔比为(0.3-8)：1，优选为(1-6)：1。金属元素(镍元素和钌元素)的总摩尔量与络合剂的摩尔比在上述优选范围内有利于碳层将内核金属包覆并促进电子渗透效应。
[0061]
根据本发明的一些实施方式，步骤(1)中，所述络合剂选自不含氮元素的多元有机羧酸，本发明对所述不含氮元素的多元有机羧酸的选择范围较宽，只要能够与所述镍源和钌源形成络合物，即可实现本发明的发明目的。优选地，所述络合剂选自柠檬酸和/或酒石
酸，更优选为柠檬酸。
[0062]
根据本发明的一些实施方式，对所述镍源的选择范围较宽，可以为本领域常规使用的适用于制备纳米催化剂的镍源，优选地，所述镍源选自氢氧化镍、醋酸镍和碱式碳酸镍中的至少一种，更优选为氢氧化镍。
[0063]
根据本发明的一些实施方式，对所述钌源的选择范围较宽，可以为本领域常规使用的适用于制备纳米催化剂的钌源，优选地，所述钌源选自氯化钌和/或乙酰丙酮钌，更优选为氯化钌。更优选地，所述氯化钌以水溶液的形式提供，进一步优选地，所述氯化钌中的钌元素在水溶液中的浓度为80-100mg/ml。
[0064]
根据本发明的一些实施方式，对所述溶剂的选择范围较宽，可以为本领域常规使用的适用于溶解镍源和钌源的溶剂，为了进一步提高该方法的环保性，优选地，所述溶剂为水。对所述溶剂的用量没有特别的限定，只要能将镍源、钌源及络合剂完全溶解即可。
[0065]
根据本发明的一些实施方式，步骤(1)中，提供含有络合剂、镍源、钌源和溶剂的均相溶液，然后除去所述均相溶液中的溶剂，得到前驱体。本发明对形成所述均相溶液的方式没有特别的限定，以能够形成所述均相溶液为准。优选地，将络合剂、镍源和钌源在溶剂中进行加热搅拌，以将络合剂、镍源和钌源溶解在溶剂中，形成所述均相溶液。本发明对所述加热搅拌的温度和时间以及搅拌速率也没有特别的限定，同样以能够形成所述均相溶液为准。更优选地，采用油浴的方式进行所述加热搅拌，所述加热搅拌的条件包括：温度为70-120℃，优选为90-100℃；时间为1-6h，优选为2-5h；搅拌速率为200-600rpm，优选为300-500rpm。在本发明中，所述络合条件在上述优选范围内有利于均相溶液的形成，并促进碳包覆镍钌纳米颗粒的形成。
[0066]
根据本发明的一些实施方式，可以采用直接蒸发的方式除去所述均相溶液中的溶剂，蒸发的温度和工艺可以采用本领域技术人员所公知的现有技术，例如，可以在旋转蒸发仪上将所述均相溶液中的溶剂蒸干和/或在烘箱中干燥，干燥的温度可以为100-120℃。
[0067]
根据本发明的一些实施方式，步骤(2)中，将所述前驱体在惰性气氛中进行高温煅烧。优选地，所述高温煅烧的条件包括：温度为500-800℃，优选为500-600℃；时间为2-5h，优选为2-4h；升温速率为1-10℃/min，优选为2-5℃/min。在本发明中，所述高温煅烧的条件在上述优选范围内有利于促进碳层将内核金属严密包覆。
[0068]
根据本发明的一些实施方式，优选地，所述惰性气氛由氮气和/或氩气提供。
[0069]
根据本发明的一些实施方式，为了进一步提高碳包覆镍钌纳米催化剂的稳定性，优选地，所述方法还包括采用酸性溶液对高温煅烧得到的产物进行酸洗，然后进行固液分离和洗涤。优选地，所述酸性溶液为硫酸水溶液和/或盐酸水溶液，更优选地，所述酸性溶液的浓度为0.1-1mol/l。
[0070]
根据本发明的一些实施方式，优选地，所述酸洗的条件包括：温度为70-90℃，优选为80-90℃；时间为4-20h，优选为8-16h。
[0071]
根据本发明的一些实施方式，对所述固液分离的方式没有特别的限定，可以采用本领域所公知的固液分离方式进行，例如可以采用过滤的方式进行。
[0072]
根据本发明的一些实施方式，所述方法采用不含氮元素的多元有机羧酸作为络合剂，将络合剂与特定比例的镍源和钌源通过“一锅法”制备前驱体，然后将前驱体在惰性气氛中进行高温煅烧，制得的碳包覆镍钌纳米催化剂含有碳包覆镍钌纳米颗粒，所述碳包覆
镍钌纳米颗粒含有镍钌内核以及包覆在所述镍钌内核表面的石墨化碳层外壳；所述碳包覆镍钌纳米催化剂中，镍元素与钌元素的重量比为(0.2-30)：1。该方法过程简单，易于规模化生产，且优选情况下制备过程中溶剂为水相，更为绿色环保。
[0073]
根据本发明的一些实施方式，优选地，所述方法制得的碳包覆镍钌纳米催化剂与第一方面所述的碳包覆镍钌纳米催化剂相同或相似，在此不再赘述。
[0074]
本发明第三方面提供一种阴离子交换膜电解槽，所述阴离子交换膜电解槽设置有阴极、阳极、阴离子交换膜和电解液，所述阴极和阳极由所述阴离子交换膜隔开，所述阴离子交换膜的一侧表面涂覆有阴极催化剂，另一侧表面涂覆有阳极催化剂，所述阴极催化剂包括第一方面所述的碳包覆镍钌纳米催化剂或者为按照第二方面所述的方法制得的碳包覆镍钌纳米催化剂。
[0075]
根据本发明的一些实施方式，所述阴极为发生还原反应产生氢气的一侧，所述阳极为发生氧化反应产生氧气的一侧。所述阴离子交换膜电解槽在直流电的作用下，使阴极发生还原反应制得氢气，阳极侧发生氧化反应产生氧气。
[0076]
根据本发明的一些实施方式，所述电解液可以为氢氧化钾。在直流电的作用下，水在阴极催化剂的作用下产生氢气和氢氧根离子；氢氧根离子流经所述阴离子交换膜与阳极催化剂接触，并在阳极催化剂的作用下产生氧气。
[0077]
根据本发明的一些实施方式，可以采用本领域常用的热压法或喷涂法将所述阴极催化剂和/或阳极催化剂分别涂覆至所述阴离子交换膜的两侧表面。优选地，所述阴极催化剂和阳极催化剂的涂覆厚度各自独立地为15-25mg/cm2。
[0078]
根据本发明的一些实施方式，所述阳极催化剂可以为电解水技术中常用的金属催化剂，例如可以为pt、pd、ru、ir、ni、co、cu、w、mo，mn、zn、fe、se金属、氧化物、氢氧化物、碳化物、磷化物、氮化物和硫化物中的至少一种。
[0079]
根据本发明的一些实施方式，所述阴离子交换膜可以为本领域的常规选择，例如可以为有机高分子材料经改性引入正电性基团所得的膜材料。优选地，所述有机高分子材料选自聚苯乙烯、丁苯橡胶、sebs、聚苯硫醚、聚砜、聚酮、聚苯并咪唑或聚酰亚胺中的至少一种。优选地，所述正电性基团选自三甲铵基、三乙铵基、三丙铵基、甲基咪唑基、丁基咪唑基、n-吡咯烷基、n-哌啶烷基、取代三苯磷基中的至少一种。优选地，所述阴离子交换膜的抗衡阴离子为碳酸根、碳酸氢根或氢氧根，更优选为氢氧根。
[0080]
根据本发明的一些实施方式，所述直流电的电压可以为常规选择，优选地，所述直流电的电压为1-3.5v。
[0081]
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
[0082]
以下实施例中，若无特别说明，使用的原料均为市售品。
[0083]
通过x射线衍射分析(xrd)获得材料的成分、材料内部原子或分子的结构或形态等信息。x射线衍射分析(xrd)在日本岛津的型号为xrd-6000的x射线衍射仪上进行，测试条件包括：管电压40kv，管电流40ma，cu靶kα辐射，2θ扫描范围5
°
至80
°
。
[0084]
通过高分辨透射电镜(hrtem)表征材料的表面形貌。高分辨透射电镜(hrtem)在美国fei公司的型号为g2f20的高分辨透射电镜上进行。样品中材料的粒径通过电镜图片测量得到。
[0085]
碳(c)元素的分析在elementar micro cube元素分析仪上进行。具体操作方法以
及条件如下：样品在锡杯中称量1-2mg，放入自动进样盘，通过球阀进入燃烧管燃烧，燃烧温度为1000℃(为了去除进样时大气干扰，采用氦气吹扫)，然后用还原铜对燃烧后的气体进行还原，形成二氧化碳和水。混合气体通过三根解吸柱进行分离，依次进tcd检测器检测。
[0086]
不同金属元素之间的比例由x射线荧光光谱分析仪(xrf)测定，由已知的碳元素的含量，算出不同金属元素在复合材料中的含量。所采用的x射线荧光光谱分析仪(xrf)的型号为rigaku 3013x射线荧光光谱仪，x射线荧光光谱分析测试条件为：扫描时间为100s，气氛为空气。
[0087]
通过bet测试方法检测催化剂的比表面积。具体采用quantanchromeas-6b型分析仪测定，催化剂的比表面积由brunauer-emmett-taller(bet)方法得到。
[0088]
实施例1-8用于说明碳包覆镍钌纳米催化剂及其制备方法。
[0089]
实施例1
[0090]
镍源与钌源以金属元素计，按照摩尔比ni：ru＝19：1，(ni+ru)：络合剂＝2：1，称取氢氧化镍(5.3g)、rucl3溶液(ru浓度96mg/ml)和柠檬酸，溶于100ml的去离子水中，在搅拌速率300rpm，油浴温度90℃条件下搅拌2h。在旋转蒸发仪上将溶剂蒸干。放入烘箱120℃过夜干燥。将烘干后固体研磨，将所得粉末放于瓷舟中并置于管式炉中，在n2气氛下从室温程序升温至500℃，升温速率5℃/min，恒温2h，冷却至室温。将所得黑色粉末置于浓度为0.5mol/l的h2so4溶液中，在80℃加热搅拌16h，过滤用去离子水洗涤，即可获得碳包覆镍钌纳米催化剂，记为niru@c-1。
[0091]
样品表征：
[0092]
图1为实施例1制得的碳包覆镍钌纳米催化剂的xrd图。从图中可知，2θ在25
°
附近的衍射峰呈部分鼓包，这归属为石墨碳的c(002)峰，表明该纳米催化剂的碳层为石墨化碳；2θ在44.5
°
、51.9
°
和76.5
°
存在衍射峰，归属为fcc晶相的niru纳米颗粒(镍钌内核)的峰。
[0093]
图2为实施例1制得的碳包覆镍钌纳米催化剂的tem图，图3为实施例1制得的碳包覆镍钌纳米催化剂的粒径分布图。从图2可知，镍钌纳米颗粒均匀地分散在碳载体上，从图3可知，碳包覆镍钌纳米催化剂的粒径在6-8nm。图4是实施例1制得的碳包覆镍钌纳米催化剂的hrtem图，从图中可知，镍钌纳米颗粒被石墨化碳层包覆，表明成功制备了碳包覆镍钌纳米催化剂。
[0094]
图5是实施例1制得的碳包覆镍钌纳米催化剂的bet图，经bet方法得到该催化剂的比表面积为463m2/g。
[0095]
经元素分析仪和x射线荧光光谱分析仪(xrf)测定，实施例1制得的碳包覆镍钌纳米催化剂中，碳元素的含量为51.7重量％，镍元素的含量为28.2重量％，钌元素的含量为20.1重量％；其中，镍元素与钌元素的重量比为1.4：1。
[0096]
经计算实施例1制得的碳包覆镍钌纳米催化剂的酸洗损失率为47％。
[0097]
实施例2
[0098]
镍源与钌源以金属元素计，按照摩尔比ni：ru＝99：1，(ni+ru)：络合剂＝2：1，称取氢氧化镍(5.5g)、rucl3溶液(ru浓度96mg/ml)和柠檬酸，溶于100ml的去离子水中，在搅拌速率300rpm，油浴温度90℃条件下搅拌2h。在旋转蒸发仪上将溶剂蒸干。放入烘箱120℃过夜干燥。将烘干后固体研磨，将所得粉末放于瓷舟中并置于管式炉中，在n2气氛下从室温程序升温至500℃，升温速率5℃/min，恒温2h，冷却至室温。将所得黑色粉末置于浓度为
0.5mol/l的h2so4溶液中，在80℃加热搅拌16h，过滤用去离子水洗涤，即可获得碳包覆镍钌纳米催化剂，记为niru@c-2。
[0099]
样品表征：
[0100]
图6是niru@c-2的xrd谱图。从图中可以看出，2θ在25
°
附近的衍射峰呈部分鼓包，这归属为石墨碳的c(002)峰，表明该纳米催化剂的碳层为石墨化碳；2θ在44.5
°
、51.9
°
和76.5
°
存在衍射峰，归属为fcc晶相的niru纳米颗粒(镍钌内核)的峰；2θ在41.9
°
、47.9
°
和62.7
°
存在衍射峰，归属为hcp晶相的niru纳米颗粒(镍钌内核)的峰。
[0101]
niru@c-2的tem图与图2类似，可知niru@c-2同样由碳包覆镍钌纳米颗粒组成，碳包覆镍钌纳米颗粒含有镍钌内核以及包覆在镍钌内核表面的石墨化碳层外壳，碳包覆镍钌纳米催化剂的粒径为7-9nm。
[0102]
经bet方法得到该催化剂的比表面积为274m2/g。
[0103]
经元素分析仪和x射线荧光光谱分析仪(xrf)测定，niru@c-2中，碳元素的含量为39重量％，镍元素的含量为58.3重量％，钌元素的含量为2.7重量％；其中，镍元素与钌元素的重量比为21.6：1。
[0104]
经计算niru@c-2的酸洗损失率为45％。
[0105]
实施例3
[0106]
镍源与钌源以金属元素计，按照摩尔比ni：ru＝19：1，(ni+ru)：络合剂＝1：1，称取氢氧化镍(5.3g)、rucl3溶液(ru浓度96mg/ml)和柠檬酸，溶于100ml的去离子水中，在搅拌速率300rpm，油浴温度90℃条件下搅拌2h。在旋转蒸发仪上将溶剂蒸干。放入烘箱120℃过夜干燥。将烘干后固体研磨，将所得粉末放于瓷舟中并置于管式炉中，在n2气氛下从室温程序升温至600℃，升温速率5℃/min，恒温2h，冷却至室温。将所得黑色粉末置于浓度为0.5mol/l的h2so4溶液中，在80℃加热搅拌16h，过滤用去离子水洗涤，即可获得碳包覆镍钌纳米催化剂，记为niru@c-3。
[0107]
样品表征：
[0108]
niru@c-3的xrd谱图峰型与图1类似，2θ在25
°
附近的衍射峰呈部分鼓包，这归属为石墨碳的c(002)峰，表明该纳米催化剂的碳层为石墨化碳；2θ在44.5
°
、51.9
°
和76.5
°
存在衍射峰，归属为fcc晶相的-niru纳米颗粒(镍钌内核)的峰。
[0109]
niru@c-3的tem图与图2类似。可知niru@c-2同样由碳包覆镍钌纳米颗粒组成，碳包覆镍钌纳米颗粒含有镍钌内核以及包覆在镍钌内核表面的石墨化碳层外壳，碳包覆镍钌纳米颗粒的粒径为6-9nm。
[0110]
经bet方法得到该催化剂的比表面积为419m2/g。
[0111]
经元素分析仪和x射线荧光光谱分析仪(xrf)测定，niru@c-2中，碳元素的含量为37.2重量％，镍元素的含量为34.6重量％，钌元素的含量为28.2重量％；其中，镍元素与钌元素的重量比为1.2：1。
[0112]
经计算niru@c-3的酸洗损失率为38％。
[0113]
实施例4
[0114]
按照实施例3的方法，不同的是，将前驱体进行高温煅烧后不进行酸洗，其余原料、步骤和条件等均与实施例3相同，得到碳包覆镍钌纳米催化剂，记为niru@c-4。
[0115]
样品表征：
[0116]
图7是niru@c-4的xrd谱图。从图中可以看出，2θ在44.5
°
、51.9
°
和76.5
°
存在衍射峰，归属为fcc晶相的niru纳米颗粒(镍钌内核)的峰；此外，还存在归属为石墨碳的c(002)峰，表明该纳米催化剂的碳层为石墨化碳。
[0117]
niru@c-4的tem图与图2类似。可知niru@c-4同样由碳包覆镍钌纳米颗粒组成，碳包覆镍钌纳米颗粒含有镍钌内核以及包覆在镍钌内核表面的石墨化碳层外壳，碳包覆镍钌纳米颗粒的粒径为8-11nm。
[0118]
经bet方法得到该催化剂的比表面积为107m2/g。
[0119]
经元素分析仪和x射线荧光光谱分析仪(xrf)测定，niru@c-4中，碳元素的含量为15.3重量％，镍元素的含量为78.0重量％，钌元素的含量为6.7重量％；其中，镍元素与钌元素的重量比为11.6：1。
[0120]
实施例5
[0121]
按照实施例3的方法，不同的是，镍源与钌源以金属元素计，摩尔比ni：ru＝99：1，(ni+ru)：络合剂＝1：1，其余原料、步骤和条件等均与实施例3相同，得到碳包覆镍钌纳米催化剂，记为niru@c-5。
[0122]
样品表征：
[0123]
niru@c-5的xrd谱图与图6类似。2θ在25
°
附近的衍射峰呈部分鼓包，这归属为石墨碳的c(002)峰，表明该纳米催化剂的碳层为石墨化碳；2θ在44.5
°
、51.9
°
和76.5
°
存在衍射峰，归属为fcc晶相的niru纳米颗粒(镍钌内核)的峰；2θ在41.9
°
、47.9
°
和62.7
°
存在衍射峰归属为hcp晶相的niru纳米颗粒(镍钌内核)的峰。
[0124]
niru@c-5的tem图与图2类似，可知niru@c-5同样由碳包覆镍钌纳米颗粒组成，碳包覆镍钌纳米颗粒含有镍钌内核以及包覆在镍钌内核表面的石墨化碳层外壳，碳包覆镍钌纳米催化剂的粒径为7-9nm。
[0125]
经bet方法得到该催化剂的比表面积为244m2/g。
[0126]
经元素分析仪和x射线荧光光谱分析仪(xrf)测定，niru@c-5中，碳元素的含量为38.6重量％，镍元素的含量为58.2重量％，钌元素的含量为3.2重量％；其中，镍元素与钌元素的重量比为18.2：1。
[0127]
经计算niru@c-5的酸洗损失率为34％。
[0128]
实施例6
[0129]
按照实施例3的方法，不同的是，镍源与钌源以金属元素计，摩尔比ni：ru＝9：1，(ni+ru)：络合剂＝1：1，其余原料、步骤和条件等均与实施例3相同，得到碳包覆镍钌纳米催化剂，记为niru@c-6。
[0130]
样品表征：
[0131]
图8是niru@c-6的xrd谱图。2θ在38.9
°
、42.4
°
、44.6
°
、59.0
°
和70.6
°
存在衍射峰，归属为hcp晶相的niru纳米颗粒(镍钌内核)的峰；此外，还存在归属为石墨碳的c(002)峰，表明该纳米催化剂的碳层为石墨化碳。
[0132]
niru@c-6的tem图与图2类似，可知niru@c-6同样由碳包覆镍钌纳米颗粒组成，碳包覆镍钌纳米颗粒含有镍钌内核以及包覆在镍钌内核表面的石墨化碳层外壳，碳包覆镍钌纳米催化剂的粒径为8-10nm。
[0133]
经bet方法得到该催化剂的比表面积为340m2/g。
[0134]
经元素分析仪和x射线荧光光谱分析仪(xrf)测定，niru@c-6中，碳元素的含量为38.2重量％，镍元素的含量为23.5重量％，钌元素的含量为38.3重量％；其中，镍元素与钌元素的重量比为0.6：1。
[0135]
经计算niru@c-6的酸洗损失率为40％。
[0136]
实施例7
[0137]
按照实施例3的方法，不同的是，镍源与钌源以金属元素计，摩尔比ni：ru＝8：2，(ni+ru)：络合剂＝1：1，其余原料、步骤和条件等均与实施例3相同，得到碳包覆镍钌纳米催化剂，记为niru@c-7。
[0138]
样品表征：
[0139]
niru@c-7的xrd谱图与图8类似。2θ在38.9
°
、42.4
°
、44.6
°
、59.0
°
和70.6
°
存在衍射峰，归属为hcp晶相的niru纳米颗粒(镍钌内核)的峰；此外，还存在归属为石墨碳的c(002)峰，表明该纳米催化剂的碳层为石墨化碳。
[0140]
niru@c-7的tem图与图2类似，可知niru@c-7同样由碳包覆镍钌纳米颗粒组成，碳包覆镍钌纳米颗粒含有镍钌内核以及包覆在镍钌内核表面的石墨化碳层外壳，碳包覆镍钌纳米催化剂的粒径为9-12nm。
[0141]
经bet方法得到该催化剂的比表面积为243m2/g。
[0142]
经元素分析仪和x射线荧光光谱分析仪(xrf)测定，niru@c-7中，碳元素的含量为21.3重量％，镍元素的含量为14.7重量％，钌元素的含量为64.0重量％；其中，镍元素与钌元素的重量比为0.2：1。
[0143]
经计算niru@c-7的酸洗损失率为43％。
[0144]
实施例8
[0145]
按照实施例3的方法，不同的是，镍源与钌源以金属元素计，摩尔比ni：ru＝7：3，(ni+ru)：络合剂＝1：1，其余原料、步骤和条件等均与实施例3相同，得到碳包覆镍钌纳米催化剂，记为niru@c-8。
[0146]
样品表征：
[0147]
niru@c-8的xrd谱图与图8类似。2θ在38.9
°
、42.4
°
、44.6
°
、59.0
°
和70.6
°
存在衍射峰，归属为hcp晶相的niru纳米颗粒(镍钌内核)的峰；此外，还存在归属为石墨碳的c(002)峰，表明该纳米催化剂的碳层为石墨化碳。
[0148]
niru@c-7的tem图与图2类似，可知niru@c-7同样由碳包覆镍钌纳米颗粒组成，碳包覆镍钌纳米颗粒含有镍钌内核以及包覆在镍钌内核表面的石墨化碳层外壳，碳包覆镍钌纳米催化剂的粒径为9-13nm。
[0149]
经bet方法得到该催化剂的比表面积为212m2/g。
[0150]
经元素分析仪和x射线荧光光谱分析仪(xrf)测定，niru@c-7中，碳元素的含量为17.4重量％，镍元素的含量为15.7重量％，钌元素的含量为66.9重量％；其中，镍元素与钌元素的重量比为0.2：1。
[0151]
经计算niru@c-8的酸洗损失率为47％。
[0152]
对比例1
[0153]
镍源以金属元素计，按照摩尔比ni：络合剂＝1：1，称取氢氧化镍(5.6g)和柠檬酸，溶于100ml的去离子水中，在搅拌速率300rpm，油浴温度90℃条件下搅拌2h。在旋转蒸发仪
上将溶剂蒸干。放入烘箱120℃过夜干燥。将烘干后固体研磨，将所得粉末放于瓷舟中并置于管式炉中，在n2气氛下从室温程序升温至600℃，升温速率5℃/min，恒温2h，冷却至室温。将所得黑色粉末置于浓度为0.5mol/l的h2so4溶液中，在80℃加热搅拌16h，过滤用去离子水洗涤，即可获得碳包覆镍纳米催化剂，记为ni@c-1。
[0154]
样品表征：
[0155]
图9是ni@c-1的xrd谱图。2θ在44.5
°
、51.6
°
存在衍射峰，归属为fcc-ni纳米颗粒(镍内核)的峰；此外，还存在归属为石墨碳的c(002)峰，表明该纳米催化剂的碳层为石墨化碳。
[0156]
图10是ni@c-1的tem图，可知ni@c-1是由碳包覆镍纳米颗粒组成，碳包覆镍纳米颗粒含有镍内核以及包覆在镍内核表面的石墨化碳层外壳，碳包覆镍纳米催化剂的粒径为8-10nm。
[0157]
经bet方法得到该催化剂的比表面积为252m2/g。
[0158]
经元素分析仪和x射线荧光光谱分析仪(xrf)测定，ni@c-1中，碳元素的含量为29.37重量％，镍元素的含量为70.63重量％。
[0159]
对比例2
[0160]
钌源以金属元素计，按照摩尔比ru：络合剂＝1：1，称取10ml rucl3溶液(ru浓度96mg/ml)和柠檬酸，溶于100ml的去离子水中，在搅拌速率300rpm，油浴温度90℃条件下搅拌2h。在旋转蒸发仪上将溶剂蒸干。放入烘箱120℃过夜干燥。将烘干后固体研磨，将所得粉末放于瓷舟中并置于管式炉中，在n2气氛下从室温程序升温至600℃，升温速率5℃/min，恒温2h，冷却至室温。将所得黑色粉末置于浓度为0.5mol/l的h2so4溶液中，在80℃加热搅拌16h，过滤用去离子水洗涤，即可获得碳包覆钌纳米催化剂，记为ru@c-1。
[0161]
样品表征：
[0162]
图11是ru@c-1的xrd谱图。2θ在38.4
°
、42.1
°
、44.0
°
、58.4
°
和69.4
°
存在衍射峰，归属为hcp晶相的ru纳米颗粒(钌内核)的峰；此外，还存在归属为石墨碳的c(002)峰，表明该纳米催化剂的碳层为石墨化碳。
[0163]
图12是ru@c-1的tem图，可知ru@c-1是由碳包覆钌纳米颗粒组成，碳包覆钌纳米颗粒含有钌内核以及包覆在钌内核表面的石墨化碳层外壳，碳包覆钌纳米催化剂的粒径为3-6nm。
[0164]
经bet方法得到该催化剂的比表面积为41.5m2/g。
[0165]
经元素分析仪和x射线荧光光谱分析仪(xrf)测定，ru@c-1中，碳元素的含量为30.76重量％，钌元素的含量为69.24重量％。
[0166]
测试例
[0167]
电化学性能测试在pine电化学工作站上进行，运用三电极体系，并配有气流控制系统。
[0168]
玻碳电极的制备：分别将实施例1-8制得的碳包覆镍钌纳米催化剂取5mg分散在1000μl的溶剂中，该溶剂由712μl乙醇、238μl蒸馏水和50μl5wt％的nafion组成，并通过超声使其形成均匀的墨水状液体。然后用移液枪移取10μl上述液体均匀地涂在玻碳电极上，玻碳电极的直径为5mm。
[0169]
三电极体系的组装以及性能测试：分别将含有实施例1-8制得的碳包覆镍钌纳米
催化剂的玻碳电极作为工作电极，使用饱和甘汞电极作为参比电极，石墨棒作为对电极，1m koh作为电解液。测试前向电解液中通入氮气约半个小时，得到氮气饱和的电解液。所有电位均需要换算成标准氢电极点位并进行ir补偿。
[0170]
使用线性伏安法(lsv)测试催化剂的电催化析氢(her)性能，电压范围为-0.8v至-1.4v，扫描速率设置为5mv/s。本发明示例性地提供了实施例1制得的碳包覆镍钌纳米催化剂的活性数据，如图13所示，从图中可知，该纳米催化剂在电流密度为10ma/cm2的过电位(η
10
)为35mv。
[0171]
使用循环伏安法(cv)测试催化剂的析氢稳定性，扫描范围为-1.0v至-1.3v，扫描速率为100mv/s，扫描10000圈。本发明示例性地提供了实施例1制得的碳包覆镍钌纳米催化剂的稳定性数据，如图14所示，从图中可知，该纳米催化剂cv循环10000圈后η
10
衰减13mv，表明该纳米催化剂具有较好的稳定性。
[0172]
实施例1-8制得的碳包覆镍钌纳米催化剂的过电位、稳定性测试数据列于表1中。
[0173]
对比测试例
[0174]
按照测试例的方法进行三电极体系的组装以及性能测试，不同的是，分别将对比例1-2制得的纳米催化剂进行玻碳电极的制备，测得的过电位、稳定性数据列于表1中。
[0175]
表1
[0176]
催化剂析氢过电位η
10
/mvtafel斜率/mv
·
dec-1
稳定性实施例1354110000圈下降13mv实施例2858910000圈下降10mv实施例3404410000圈下降11mv实施例414613310000圈下降31mv实施例5909110000圈下降15mv实施例6344010000圈下降17mv实施例7425510000圈下降18mv实施例8596410000圈下降20mv对比例123711810000圈下降15mv对比例2939410000圈下降18mv
[0177]
通过表1的结果可知，本发明提供的碳包覆镍钌纳米催化剂具有更佳的催化性能。此外，本发明提供的方法中，可以通过镍钌比例、金属与络合剂比例、焙烧条件和络合条件等来进一步优化催化剂的活性。
[0178]
将实施例3和实施例4的结果对比可知，采用酸性溶液对高温煅烧得到的产物进行酸洗，有利于提高催化剂的活性。
[0179]
将实施例3和实施例5-8的结果对比可知，采用本发明优选范围内的镍钌摩尔比例能够进一步提高催化剂的活性。
[0180]
将实施例3和对比例1-2的结果对比可知，本发明提供的碳包覆镍钌纳米催化剂的活性要远高于碳包覆镍纳米催化剂和碳包覆钌纳米催化剂，说明本发明提供的碳包覆镍钌纳米催化剂中，镍钌之间的协同耦合作用大大提高了其催化活性。
[0181]
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其
它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

技术特征：
5h，优选为2-4h；升温速率为1-10℃/min，优选为2-5℃/min；和/或，所述惰性气氛由氮气和/或氩气提供。9.根据权利要求5-8中任意一项所述的方法，其中，所述方法还包括采用酸性溶液对高温煅烧得到的产物进行酸洗，然后进行固液分离和洗涤；和/或，所述酸性溶液为硫酸水溶液和/或盐酸水溶液；优选地，所述酸性溶液的浓度为0.1-1mol/l；和/或，所述酸洗的条件包括：温度为70-90℃，优选为80-90℃；时间为4-20h，优选为8-16h。10.一种阴离子交换膜电解槽，所述阴离子交换膜电解槽设置有阴极、阳极、阴离子交换膜和电解液，所述阴极和阳极由所述阴离子交换膜隔开，所述阴离子交换膜的一侧表面涂覆有阴极催化剂，另一侧表面涂覆有阳极催化剂，其特征在于，所述阴极催化剂包括权利要求1-4中任意一项所述的碳包覆镍钌纳米催化剂或者为按照权利要求5-9中任意一项所述的方法制得的碳包覆镍钌纳米催化剂。

技术总结
本发明涉及纳米材料领域，公开了碳包覆镍钌纳米催化剂及其制备方法和阴离子交换膜电解槽。该碳包覆镍钌纳米催化剂含有碳包覆镍钌纳米颗粒，所述碳包覆镍钌纳米颗粒含有镍钌内核以及包覆在所述镍钌内核表面的石墨化碳层外壳；所述碳包覆镍钌纳米催化剂中，镍元素与钌元素的重量比为(0.2-30)：1。与现有碳包覆镍纳米催化剂和碳包覆钌纳米催化剂相比，本发明提供的碳包覆镍钌纳米催化剂的碳包覆严密程度高，能够获得更佳的催化性能以及更高的稳定性。本发明提供的方法过程简单易于规模化生产，且优选情况下制备过程中溶剂为水相，绿色环保。环保。环保。


技术研发人员：袁迎 郑路凡 荣峻峰 吴耿煌 米万良 顾方伟 张聪
受保护的技术使用者：中国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院
技术研发日：2022.03.11
技术公布日：2023/9/20