[發明專利]一種柔性納米纖維基硼烷氨水解制氫催化劑及其制備方法

有效

• 申請號: 201310600629.5
• 申請日: 2013-11-22
• 公開（公告）號: CN103586020A
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發明（設計）人: 王策;仝巖;盧曉峰;孫維寧;乜廣弟;楊柳
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: B01J23/50
• 分類號: B01J23/50;B01J23/52;B01J23/44;B01J32/00;B01J35/06;C01B3/06;D01D1/02;D04H1/728
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 張景林;王恩遠

技術領域

本發明屬于新能源催化材料技術領域，具體涉及一種以靜電紡絲納米纖維為基底的具有柔性、易于回收再利用的硼烷氨水解制氫催化劑及其制備方法。

背景技術

隨著當今社會的發展與進步，傳統的化石能源面臨著枯竭、溫室效應、環境污染嚴重等諸多問題，促使人們運用現有的知識和技術去開發可循環利用、環境污染小、應用更廣泛的新能源。氫氣作為一種清潔的、燃燒能量高、燃燒產物是無污染的水的新能源，被稱作世界上最干凈的能源，越來越受到人們的關注。在科學界甚至有人提出，21世紀，氫氣將在世界能源領域發揮舉足輕重的作用，將為人類社會的進步做出巨大貢獻。然而，氫氣在應用方面仍然有很多亟待解決的問題，比如氫氣的儲存和運輸問題。近期，研究者們正在關注一種新型的儲氫材料——硼烷氨（NH₃BH₃）。硼烷氨具有超高的含氫密度（19.6wt%），具有穩定的儲氫能力，熱穩定性適中，化學穩定性良好，具有車載氫源等廣泛的應用前景。各國學者也正研究如何提高它的放氫速率等關鍵技術問題，以及推進它的車載儲氫應用。因此，制備一種能有效提高硼烷氨水解制氫的速率，同時還兼具能多次回收利用、催化效率衰減弱等優點的催化劑顯得尤為重要。

在催化劑的制備過程中，由于采用的方法不同，會對最后的催化劑的形貌造成影響。一些具有特殊形貌的催化劑，受比表面積以及不同裸露晶面等因素影響，催化性能會得到明顯提高。一維聚合物納米纖維由于其比表面積大，因此可以通過負載催化劑進而增加催化位點而提高催化效率，是一種常用的制備催化劑的方法。靜電紡絲是近年來興起的制備納米纖維的通用而且簡便的方法，由于其制備方法簡便，使用設備簡單，成本低廉而日益受到人們的關注。

發明內容

本發明的目的是制備一種以靜電紡絲納米纖維為基底的具有柔性、易于回收再利用的納米纖維基催化劑，用于硼烷氨的水解催化制氫，解決催化劑的回收及多次重復利用的問題。

該催化劑是以高分子和硝酸銀的溶液為紡絲液，然后以靜電紡絲技術生成的復合納米纖維為基底，利用微波還原反應將硝酸銀還原成銀，制備出聚丙烯腈/銀復合納米纖維，最后利用置換反應在纖維表面負載Pd、Pt、Au等貴金屬，獲得聚丙烯腈/貴金屬的復合納米纖維材料。本發明制備得到的納米纖維基催化劑具有制備簡單、催化效果好、重復性好和便于回收再利用等優點，是普通的粉末狀催化劑所無法比擬的。而且該材料的制備工藝簡單、低能耗、生產設備價格低廉、生產要求較低，因此具有很高的實用價值，在將來新能源的開發與利用方面具有廣闊的應用前景。

一種柔性納米纖維基硼烷氨水解制氫催化劑，其特征在于：是以聚丙烯腈（PAN）和銀復合納米纖維為核心，并在納米纖維表面利用置換反應原位制備有Au、Pd或Pt貴金屬納米粒子，纖維直徑在200～900nm。

一種柔性納米纖維基硼烷氨水解制氫催化劑的制備方法，其步驟如下：

（1）將0.1～5g聚丙烯腈（PAN）置于1～20mL有機溶劑（二甲基乙酰胺（DMAc）、二甲基亞砜（DMSO）、N，N-二甲基甲酰胺（DMF）的一種或者混合）中，在20～120攝氏度下攪拌1～10h至其完全溶解，得到PAN溶液；

（2）將0.1～2g硝酸銀固體在室溫下加入步驟（1）得到的溶液中，避光條件下攪拌2～24h得到澄清溶液；

（3）將步驟（2）得到的溶液放入到靜電紡絲設備的玻璃噴絲管中，玻璃噴絲管的管頭內徑為1.0～1.5mm，以鋁套為陽極，鋁箔為陰極，兩極間距離為10～30cm，兩極間施加電壓為6～30kV，進行靜電紡絲，12～54h后在陰極上獲得PAN/AgNO₃納米纖維膜，然后將PAN/AgNO₃納米纖維膜置于烘箱中干燥，膜的厚度為10～100μm。

（4）稱取0.1～1g氫氧化鈉固體加入到10～30mL乙二醇中，攪拌均勻后，加入步驟（3）獲得的PAN/AgNO₃納米纖維膜，微波加熱20～30s（功率是700W），得到棕色的PAN/Ag復合納米纖維膜，用去離子水洗滌后置于60～80攝氏度條件下干燥；