[發明專利]一種用于硼氫化物水解產氫的催化劑及其制備方法

無效

• 申請號: 201310038795.0
• 申請日: 2013-01-31
• 公開（公告）號: CN103071503A
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發明（設計）人: 陳遠志;盧奡麟;彭棟梁;岳光輝;王來森
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: B01J23/75
• 分類號: B01J23/75;C01B3/06
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所 35200
• 代理人: 陳永秀;馬應森

技術領域

本發明涉及一種催化劑，尤其是涉及一種用于硼氫化物水解產氫的催化劑及其制備方法。

背景技術

近年來隨著環境污染的加劇，社會對清潔能源的需求變得非常迫切，氫能源作為一種能代替傳統化石燃料的新型清潔能源，已引起人們極大的關注，具有廣闊的應用前景。將氫能應用于燃料電池領域具有工作溫度低，啟動快，能量轉化效率高的特點。要實現燃料電池的大規模商業化應用，如何使氫氣能夠安全、高效的儲存和釋放是亟待解決的問題之一。從現有的儲氫方法看，高壓儲氫雖使用方便，但體積龐大，安全性差。液態儲氫能力強，適合于大功率質子交換膜燃料電池，但儲氫過程中損耗大，存在毒化，再充放熱的問題。金屬氫化物儲氫體積密度大，但質量密度低。

硼氫化物作為一種新型儲氫材料已受到廣泛關注。其具有儲能密度高，適用于小功率質子交換膜燃料電池，儲存和釋放安全，生成的氫氣不含雜質等優點。氫氣中所含的水分起到了給燃料電池質子交換膜增濕的作用，適合燃料電池的使用。硼氫化物一般能穩定地存在于強堿性環境中，在實際使用中，需用到具有良好綜合性能的高效催化劑控制氫氣的釋放，提高制氫效率。近年來，研究中發現的高效催化劑一般都含有貴金屬成分，其昂貴的價格難以被普遍接受。過渡族金屬在催化領域有著廣泛的應用。已經發現的塊體鈷、鎳以及雷尼鎳（Raney?nickel）均具有催化硼氫化鈉分解的能力（J.?Chem.Soc.Dalon.Trans.1985,307），但是其催化活性不夠高，不能夠滿足快速分解產生氫氣的要求。Pt/C納米粒子（Mater.Lett.2006，60，2236）和Ni-Ru納米粒子（Int.J.?Hydrogen?Energ.,2009，34,2153），雖然具有較高的催化活性，但是其工藝復雜，價格昂貴，不利于大規模工業化應用。近來，鈷基催化劑，如Co-B（Appl.Catal.A:General.2011,86,394)，Co-P-B(J.Power?Sources.2009,188,411)，Co₃O₄(J.Phys.Chem.C.2010,114,16456)等被發現具有較高活性，但與貴金屬催化劑相比，其產氫速率仍有較大差距。從目前已有報道的適用于硼氫化物的催化劑來看，極少既具有高的催化活性，同時又有低廉的價格。因此，開發出催化活性高、價格低廉的新型催化劑在硼氫化物水解產氫的技術領域將具有重要的適用價值。

發明內容

本發明的目的旨在提供以氧化亞鈷（CoO）納米晶為活性組分，對硼氫化物水解制氫反應具有高活性，產氫速率快，且制備過程簡單，成本低廉的一種用于硼氫化物水解產氫的催化劑及其制備方法。

所述用于硼氫化物水解產氫的催化劑包括活性組分和載體，活性組分為氧化亞鈷納米晶，載體為金屬氧化物粉末或碳材料粉末，催化劑中活性組分的質量百分比為10%～100%。

所述氧化亞鈷納米晶為晶態的氧化亞鈷顆粒，形貌可以是八面體，近似球形或無規則形，尺寸在5～100nm。

所述金屬氧化物粉末可采用三氧化二鋁粉末等。

所述碳材料粉末可采用石墨粉等。

所述用于硼氫化物水解產氫的催化劑的制備方法，包括以下步驟：

1）在惰性氣體保護下，將鈷的金屬前軀體和溶劑加入反應容器中，保溫，使其均勻化并除去多余的水汽；

2)注入表面活性劑；

3）升溫至210～240℃后保溫，即可部分形成氧化亞鈷納米晶或鈷-油胺絡合物的澄清溶液；

4）繼續升溫至240～260℃，保溫20～120min后，冷卻至室溫，加入乙醇使產物沉淀，將所得的反應產物用有機溶劑清洗，離心分離，真空干燥，得到的粉體產物即為氧化亞鈷納米晶；

5）按用于硼氫化物水解產氫的催化劑組份配比將氧化亞鈷納米晶粉末和載體粉末分散在有機溶劑中，然后放入封口的容器中，攪拌，離心分離未負載上的納米晶，真空干燥即得用于硼氫化物水解產氫的催化劑。

在步驟1）中，所述鈷的金屬前驅體可選鈷的醋酸鹽或乙酰丙酮鹽；鈷的金屬前軀體與溶劑的摩爾比可為0.003～0.1；所述溶劑可采用烷基胺、醚類等中的至少一種，所述烷基胺可選自油胺、十二胺、十六胺等中的至少一種；所述醚類可選自二芐醚、二苯醚等中的至少一種；所述保溫的溫度可為100～140℃，保溫的時間可為5～30min。

在步驟2）中，所述表面活性劑可采用三辛基磷或烷基胺等；所述烷基胺可選自油胺、十二胺、十六胺等中的一種；所述表面活性劑與步驟1）中的溶劑的摩爾比可為0～0.2。