[發明專利]一種碳纖維布負載CoMoP硼氫化鈉水解制氫催化劑及其制備方法

有效

• 申請號: 201710723207.5
• 申請日: 2017-08-22
• 公開（公告）號: CN107413360B
• 公開（公告）日: 2020-12-08
• 發明（設計）人: 魏永生;繆睿;韋露;李建偉;趙新生
• 申請（專利權）人: 江蘇師范大學
• 主分類號: B01J27/19
• 分類號: B01J27/19;B01J35/06;C01B3/06;B01J37/34;B01J37/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 孫斌

本發明公開了一種碳纖維布負載CoMoP硼氫化鈉水解制氫催化劑及其制備方法，該催化劑由載體碳纖維布表面負載鈷、鉬和磷制備而成；所述鈷、鉬和磷由氯化鈷、鉬酸鈉、次亞磷酸鈉的混合溶液通過單脈沖電鍍法電鍍于碳纖維布表面。本發明的催化劑的產氫效率高、分布致密、性能穩定，是一種非貴金屬催化劑。本發明的催化劑中CoMoP通過單脈沖電鍍法可以均勻分布在碳纖維布表面且結合致密，該催化劑在硼氫化鈉水溶液中溫度為60℃產氫速率可以高達11.40L/min·g。本發明催化劑的制備方法簡單方便、原料成本低、可以進行大規模生產，可以為無人機、仿生魚及其他便攜式燃料電池電源和室外氫氣球提供化學現場制氫技術。

技術領域

本發明屬于氫能及燃料電池技術領域，具體涉及一種碳纖維布負載CoMoP硼氫化鈉水解制氫催化劑(CoMoP/CC催化劑)及其制備方法。

背景技術

氫能是一種清潔能源，作為低碳和零碳能源越來越受到消費者青睞。相對傳統能源如石油、天然氣、煤，氫能具有以下優點：(1)燃燒熱值很高，燃燒同等質量的氫約為汽油的3倍，酒精的3.9倍，焦炭的4.5倍；(2)燃燒的產物是水，水是世界上最干凈的能源，而且資源儲量豐富。目前科學家們正在探索能夠大量而廉價產氫的新技術，而利用水解產氫雖然操作方便，原材料易于獲得，但是產同樣的氫所消耗的成本實在太大，加上氫氣存儲技術要求頗高，因此，硼氫化鈉水解制氫技術因運而生。NaBH₄在常溫下穩定，儲存方法簡單，NaBH₄水解制氫被認為是一種安全、方便、實用性強的技術，其主要優點為理論儲氫率高、氫氣純度高、反應啟動快、易控制和安全。在催化劑存在下，硼氫化鈉在堿性水溶液中可水解產生氫氣和偏硼酸鈉，反應如下：NaBH₄+2H₂O→4H₂↑+NaBO₂；25℃標準狀態下，該反應過程的焓變為-217kJ，是放熱反應。

如果沒有催化劑，上述反應也能進行，其反應速度與溶液的pH值和溫度有關，公式如下：lg t_1/2＝pH-(0.034T–1.92)；式中t_1/2是NaBH₄半衰期(單位為分鐘)，T是絕對溫度。當pH值為8時，即使在常溫下，NaBH₄溶液也會很快水解。在25℃和pH值為14的條件下，硼氫化鈉溶液的半衰期為430天，這一特性足以滿足現實生產需求。

利用硼氫化鈉水解產氫是當前產氫技術中最為便攜的一種，相比傳統電解水制氫法優勢頗多，但若要更快速更多量地獲得氫氣，還需要向產氫液中放入特制的催化劑。目前，現有技術中硼氫化鈉水解制氫用催化劑以Pt、Ru貴金屬及其合金顆粒催化劑為主，缺點是成本高、難回收、反應不易控制。

發明內容

發明目的：針對現有技術存在的問題，本發明提供一種碳纖維布負載CoMoP硼氫化鈉水解制氫催化劑，即鈷鉬硼/碳纖維布(CoMoP/CC)催化劑，該催化劑是一種由非貴金屬元素鈷，鉬，磷作為催化劑活性組分，碳纖維布作載體，通過單脈沖電鍍法所制成的硼氫化鈉水解產氫催化劑；是一種高效、低廉硼氫化鈉水解制氫催化劑。

本發明還提供碳纖維布負載CoMoP硼氫化鈉水解制氫催化劑的制備方法。

技術方案：為了實現上述目的，如本發明所述一種碳纖維布負載CoMoP硼氫化鈉水解制氫催化劑，由載體碳纖維布表面負載鈷、鉬和磷制備而成；所述鈷、鉬和硼由氯化鈷、鉬酸鈉、次亞磷酸鈉的混合溶液通過單脈沖電鍍法電鍍于碳纖維布表面。

其中，所述碳纖維布為多孔分布狀，面密度范圍為200-300g/m²。

進一步地，所述氯化鈷、鉬酸鈉、次亞磷酸鈉的混合溶液中氯化鈷的濃度10.4-15.6g/L(0.08-0.12mol/L)、鉬酸鈉的濃度18.1-30.2g/L(0.075-0.125mol/L)、次亞磷酸鈉的濃度3.18-7.42g/L(0.03-0.07mol/L)。