[發明專利]用于室溫下肼分解制氫的鎳基金屬催化劑及其制備和應用

有效

• 申請號: 201110037340.8
• 申請日: 2011-02-14
• 公開（公告）號: CN102631932A
• 公開（公告）日: 2012-08-15
• 發明（設計）人: 張濤;賀雷;黃延強;王曉東;王愛琴
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: B01J23/89
• 分類號: B01J23/89;C01B3/04
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

技術領域

本發明涉及一種肼分解制氫的催化劑，具體地說是在室溫范圍內用于純肼或水合肼分解制備氫氣的鎳基金屬催化劑及其制備方法。

背景技術

優化能源結構和開發利用高效、清潔轉化技術是解決能源危機的重要途徑。氫氣一直是一種備受關注的二次能源載體，具有清潔、高效、應用形式多樣化等諸多優點。而氫氣來源是阻礙氫能發展的技術瓶頸之一，開發可移動氫源一直是重要的研究方向。目前主要的解決方法有兩種，其一是開發儲氫技術，例如采用高壓氫氣儲罐、新型高容量儲氫材料等；其二是利用化學反應制氫，例如烴類、醇類的部分氧化或者水蒸汽重整等。

肼的分子式為N₂H₄，是一種富氫高能液體物質，氫質量高達12.5wt％。水合肼N₂H₄·H₂O在室溫下為液態，性質更加穩定，但仍具有高達7.9wt％的儲氫量。此外，肼分解后不會產生CO，可以省略CO選擇性脫除的過程。因此，肼也是一種理想的儲氫材料。

肼可以通過兩種途徑進行分解：

完全分解N₂H₄→N₂(g)+2H₂(g)(1)；

部分分解3N₂H₄→4NH₃+N₂(g)(2)。

肼分解反應中，決定選擇性的關鍵因素取決于N-N鍵還是N-H鍵優先斷裂。從能量角度而言，N-N鍵能為60KJ/mol，N-H鍵能為84KJ/mol，反應過程中N-N鍵優先斷裂，將有利于按照反應路徑(2)進行，進而生成大量NH₃。但通過選擇合適的催化劑，可以促使N-H鍵優先斷裂，從而使反應按照途徑反應(1)進行。這樣不僅可以高效分解肼得到更多的氫氣，同時產生的氮氣也不需要進行回收處理，安全高效。

近年來，將肼作為儲氫材料用于供氫的技術引起了科學家和企業的廣泛關注。中國專利(公開號CN1348835A)報導了利用水合肼分解制取氫氣，可以為燃料電池提供氫源或者作為金屬加工中的氫源使用。鈣鈦礦型金屬氧化物在大量KOH作為助劑的情況下也能夠高選擇性分解肼制取氫氣(J.Song，et?al.，International?Journal?of?Hydrogen?Energy，2010，35，7919)。最近，日本科學家也報道了貴金屬以及合金納米粒子在水合肼分解制氫反應中的應用(S.K.Singh，et?al.，Journal?of?the?American?Chemical?Society，2009，131，9894)。盡管復合氧化物以及納米粒子催化劑上肼分解產氫的選擇性較高，但受限于材料的性質其催化活性相對較低，產氫速度相對較慢。

負載型金屬催化劑具有催化活性高，制備成本低，容易與產物分離、回收再生容易及制備簡單等優點，在現代化學工業和科學研究中有著重要應用。負載型Ni基金屬催化劑在氣態肼分解制氫反應中表現出了很高的活性和選擇性(M.Zheng，et?al.，International?Journal?of?Hydrogen?Energy，2005，20，1081)。但肼分解反應是一個強放熱過程，且反應的性能與催化劑中活性組分的組成以及粒子尺寸又密切相關。因此，需要開發一種穩定性好且具有高活性、高選擇性的負載型金屬催化劑，實現在室溫條件下分解液態肼或水合肼制取氫氣。

水滑石是一種層狀陰離子粘土，以半徑相近的二價、三價過渡金屬陽離子部分或完全取代Mg²⁺，Al³⁺離子可合成多種水滑石類化合物。水滑石經過焙燒后，各種組分相互作用能夠形成高比表面積、高穩定性、非化學計量比的復合氧化物，經過還原處理可以獲得粒徑較小且熱穩定性較高的金屬粒子。

發明內容：

本發明就是針對上述問題，提供了一種用于室溫下肼分解制氫的鎳基金屬催化劑及其制備和應用。

為了實現本發明的上述目的，本發明采用如下技術方案：