钌纳米晶的制备以及电催化析氢性能研究
文献综述
纳米材料具有以下效应:1)体积效应2)表面效应3)量子尺寸效应4)宏观量子隧道5)介电限域效应,这使得纳米粒子在许多方面都有独特的应用.而催化性能是纳米材料的重要性能之一。纳米结构催化剂的设计与制备是多相催化的核心问题之一。目前，在许多催化领域，比如电化学析氢，电化学氧还原，电化学析氧，光催化分解水中的plasmonic 效应等，贵金属都具有最有效的催化性能。
贵金属纳米晶体具有重要的催化作用，有望在二维结构中表现出非凡的催化性能。由于金属纳米晶体的功能和性质可以通过控制形状、大小和晶体结构来进行调节，因此对科学界来说非常有吸引力。无机材料超薄纳米片是近年来出现的一类新型材料，因其在催化、电池、超级电容器、铁电、热电等领域的广泛应用而引起了广泛的研究关注。由于在独特的二维结构中的尺寸限制，它们可以表现出与它们的体对等物相比的异常的电子、光子和催化性质。针对催化领域，超薄纳米片为离子吸附和传输提供了巨大的表面积和二维渗透通道。此外，由于二维结构中的电子限制，活性位点和反应种之间的相互作用可以显著改变。金属硫系化合物、氢氧化物等多种超薄纳米片在许多化学反应中都有优异的催化性能。
Shervedani等开发了一种基于硫掺杂石墨烯纳米片的高效析氢电催化剂，该催化剂采用简单、经济、可扩展的方法合成。采用场发射扫描电镜、能量色散X射线衍射显微分析、X射线光电子能谱、高分辨率透射电镜和电化学方法(如伏安法和阻抗谱)研究了所制备催化剂的结构和形态特征。电化学结果表明，1000℃热处理的玻碳修饰的S-GNs？C (GCE-S-GNs-1000)与GNs相比，针对HER的良好活动的益处。为了改善纳米碳管的特性和防止层的团聚，通过在纳米碳管中插入炭黑，并用钌纳米粒子进一步改性纳米碳管，制备了纳米碳管。与GCE-GNs-1000、GCE-GNs-1000-CB、GCE-S-GNs-1000、GCE-S-GNs-1000、GCE-S-GNs-1000-CB以及WS2和MOS2等传统催化剂相比，GCE-S-GNS-1000-Ru表现出了优异的性能。
一些报道表明，用钌(Ru)纳米晶体修饰的纳米结构碳材料可以显著降低充电过电位，并提高质子惰性锂-氧电池的循环寿命。然而，此前还不清楚还不清楚掺入的钌催化剂如何提高电池的性能。有人提出了几种机制来揭示钌催化锂氧电池的优异电化学性能。Bing Sun等结合库仑分析法和原位微分电化学质谱(DEMS)研究了钌纳米晶的催化机理，指出钌纳米晶体具有在低电压下分解Li2CO3的能力，减缓Li2CO3在循环过程中在电极中的积累，并增强电池的循环稳定性。
超薄钌金属纳米片的制备由于其独特的二维(2D)结构而具有独特的性质，因此具有重要的意义，但它的合成仍然是一个挑战。在本文中，我们采用简单的溶剂热法合成了独立的2D Ru纳米片，其中Ru(III)通过金属前驱体的自分解还原，并在异丙醇和尿素的帮助下生长成超薄的纳米片。2D钌纳米片及其氧化物衍生物分别表现出优良的析氢和析氧反应活性。与Ru粉和商业Pt相比，它们的电解水性能明显提高。
D. W. Su等进行了钌纳米晶体修饰的垂直排列石墨烯纳米片的合成。其作为一种有效的锂氧电池无粘结剂阴极催化剂，钌修饰的钒氮镍泡沫可通过OER效应显著降低电荷超电势，获得高比容量，从而提高电化学性能。
此前，铂广泛应用于电催化领域中。钌是一种重要的贵金属，作为铂的同族元素，比铂更为便宜，具有更大的经济优势。且据日前的报道，纳米钌基催化剂构建的电解池的活性，与商业铂相比具有良好的耐久性。
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