本发明属于电解水析氢领域，特别涉及一种引入金属钌来激活铜基表面活性位点，并结合mof(金属有机框架)衍生的纳米结构金属/碳材料以暴露丰富活性位点的方法，旨在实现全ph范围内高效电催化的析氢催化剂的制备技术。
背景技术：
1、随着全球能源危机的加剧和环保意识的提高，清洁能源的开发与利用已成为当今科技研究的热点。氢气作为一种能量密度高、燃烧热值大且燃烧后不产生二次污染的清洁能源，具有巨大的发展潜力。在众多制氢技术中，电力驱动的水分解技术因其环保、高效的特点，为工业化生产氢能提供了重要的途径。然而，要实现高效、稳定的水分解制氢，高性能的析氢催化剂至关重要。
2、为了适应工业化生产，理想的催化剂应该在全ph范围内都具有高效催化性能。贵金属铂作为目前已知的最优析氢催化剂，在酸性条件下表现出色，但由于其在碱性条件下水解离能垒过高，催化活性受到显著限制。相反，过渡金属基催化剂在碱性条件下具有较好的催化活性，但在酸性条件下的性能则相对较差。
3、金属铜以其低廉的价格和优异的导电性，在析氢催化剂的研究中受到广泛关注。然而，金属铜表面具有较大的吉布斯自由能，导致其在电解质溶液中呈惰性，水解离能垒高，限制了其在析氢反应中的应用。因此，开发一种能够调整金属铜表面电子结构状态、降低水解离能垒、提高催化活性的新策略，对于实现全ph范围内高效析氢具有重要意义。
技术实现思路
1、基于上述需要解决的技术问题，本发明提供一种全ph范围内高效析氢催化剂及其制备与应用，通过引入金属ru并合成mofs衍生物结构来活化惰性铜基，旨在解决目前析氢催化剂在全ph范围内催化活性不足的问题。
2、为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
3、一种全ph范围内高效析氢催化剂，所述催化剂中，以mof高温碳化后衍生的碳化物为基底，铜与钌均匀分散在基底上，铜与钌的摩尔比为4:(0.5～1)。
4、所述催化剂用以实现全ph范围内的高效析氢；其中，在析氢反应这一过程中，在0.5mh2so4中，电流密度为10ma·cm-2时过电位范围在5ma-30ma，优选过电位仅为5ma。
5、所述全ph范围内高效析氢催化剂的制备方法，将含铜与钌的金属盐与有机配体水热反应直接生成mofs前驱体，然后高温碳化得到衍生物，从而提高催化活性，包括以下步骤：
6、s1：前驱体溶液的制备：将三水合硝酸铜、水合氯化钌与均苯三甲酸按照比例溶于无水乙醇中，充分搅拌至完全溶解，从而得到含有ru、cu和有机配体的前驱体溶液；
7、s2：溶剂热反应：将上述前驱体溶液水浴加热进行反应，待反应完成后，通过离心收集产物，并清洗产物以去除杂质；清洗后的产物在真空条件下进行干燥处理；
8、s3：高温碳化处理：将上述干燥处理后的产物转移至氩气气氛的石英管式炉中，进行高温碳化处理，即得。
9、进一步的，s1中，优选的，所述将三水合硝酸铜、水合氯化钌与均苯三甲酸的摩尔比为4:(0.5～1):10；无水乙醇体积为50ml；
10、进一步的，s2中，所述水浴加热反应温度为55℃～65℃，反应时间为12h～24h；优选的，所述反应时间为20h；所述清洗包括采用无水乙醇清洗；所述干燥方式为60℃～80℃，真空干燥20h～24h。
11、进一步的，s3中，碳化处理过程中所述管式炉的升温速率设置为2℃/min～5℃/min，反应温度设定为650℃～750℃，保温时间为2h～4h，优选的，升温速率设置为2℃/min，反应温度为700℃，保温时间为3h。
12、本发明的第三方面提供了所述全ph范围内高效析氢催化剂在电解制氢过程中的应用。
13、本发明相对于现有技术具有以下有益技术效果：
14、本发明所述催化剂制备首先利用均苯三甲酸为有机配体，通过水热反应和高温热解制备的析氢催化剂，继承了mofs前驱体的高度有序的晶体结构，并具有高的表面积和孔隙率。这种结构特点有利于电化学过程中的传质和离子扩散，提高了催化剂的电化学性能；其次，通过在铜基材料中引入金属钌，可以实现对催化剂电子状态的调控。钌的引入可以从铜中吸引电子，降低析氢过程中水解离过程的能垒，优化与h*结合能，从而提高催化剂的析氢催化活性；最后，钌的高度分散状态可以激活更多的铜原子，增强催化剂的本征活性。这种活性增强的效果不仅提高了该催化剂的催化效率，还拓宽了其在电化学能源转换和储存领域的应用范围。本发明限定了三水合硝酸铜、水合氯化钌与均苯三甲酸的摩尔比为4:(0.5～1):10，ru作为一种贵金属，价格昂贵，因此需要尽可能的减少其用量以降低成本；但是当催化剂中钌含量过少时，会降低催化剂的催化性能，影响对铜基的活化效果，导致析氢性能达不到预期。因此，本发明所述催化剂在全ph条件下表现出优异的析氢活性，在碱性、酸性和中性条件下分别在33mv、5mv和67mv的低过电位下即可达到10ma/cm2的电流密度，并在较长时间内都可保持稳定性，为工业化电解水提供了必要条件。
1.一种全ph范围内高效析氢催化剂，其特征在于，以mof高温碳化后衍生的碳化物为基底，铜与钌均匀分散在基底上，铜与钌的摩尔比为4:(0.5～1)；所述催化剂能够实现全ph范围内的高效析氢。
2.根据权利要求1所述的一种全ph范围内高效析氢催化剂，其特征在于，在析氢反应过程中，在0.5m h2so4中，电流密度为10ma·cm-2时过电位为5ma-30ma。
3.根据权利要求2所述的一种全ph范围内高效析氢催化剂，其特征在于，在析氢反应过程中，在0.5m h2so4中，电流密度为10ma·cm-2时过电位为5ma。
4.权利要求1～3任一项所述的全ph范围内高效析氢催化剂的制备方法，其特征在于，将含铜与钌的金属盐与有机配体水热反应直接生成mofs前驱体，然后高温碳化得到衍生物，从而提高催化活性，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的全ph范围内高效析氢催化剂的制备方法，其特征在于，s1中，三水合硝酸铜、水合氯化钌与均苯三甲酸的摩尔比为4:(0.5～1):10；无水乙醇体积为50ml。
6.根据权利要求4所述的全ph范围内高效析氢催化剂的制备方法，其特征在于，s2中，水浴加热反应温度为55℃～65℃，反应时间为12h～24h；
7.根据权利要求6所述的全ph范围内高效析氢催化剂的制备方法，其特征在于，水浴加热反应时间为20h。
8.根据权利要求4所述的全ph范围内高效析氢催化剂的制备方法，其特征在于，s3中，高温碳化处理过程中，管式炉的升温速率为2℃/min～5℃/min，反应温度为650℃～750℃，保温时间为2h～4h。
9.根据权利要求8所述的全ph范围内高效析氢催化剂的制备方法，其特征在于，升温速率为2℃/min，反应温度为700℃，保温时间为3h。
10.权利要求1～3任一项所述的全ph范围内高效析氢催化剂在电解制氢过程中的应用。
