[發明專利]一種二維非貴金屬負載型催化劑及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201810040305.3
• 申請日: 2018-01-16
• 公開（公告）號: CN108246332B
• 公開（公告）日: 2020-01-14
• 發明（設計）人: 肖學章;梁子俊;董重;陳立新
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;B01J37/08;B01J37/02;B01J37/16;B01J35/10;C01B3/22
• 代理公司: 33224 杭州天勤知識產權代理有限公司
• 代理人: 胡紅娟

本發明公開了一種二維非貴金屬負載型催化劑，由摻氮碳材料負載活性成分得到，所述活性成分由非貴金屬元素Cu、Ni和Co組成。所述二維非貴金屬負載型催化劑的制備方法包括：(1)將摻氮碳材料與銅鹽、鈷鹽以及鎳鹽混合后加入到水中，超聲10～20分鐘后繼續攪拌3～5小時，得到離子浸漬液；(2)將NaBH₄水溶液加入到上述離子浸漬液中，攪拌0.5～2小時，經后處理得到所述二維非貴金屬負載型催化劑。本發明還公開了一種所述的二維非貴金屬負載型催化劑在氨硼烷醇解制氫中的應用，該催化劑與傳統催化劑相比，可極大降低成本，簡化合成方法，并且其催化性能得到了極大提升。

技術領域

本發明屬于儲氫材料領域，具體涉及一種用于氨硼烷醇解催化的二維非貴金屬負載型催化劑及其制備方法和應用。

背景技術

氫能作為一種儲量豐富能且量密度高的清潔能源，其開發與利用有助于解決能源危機與大氣污染等世界性問題，因而受到各國重視。近年來，人們逐漸嘗試將燃料電池應用于小型便攜式電源。因此，可以預期，化學氫化物由于其出眾的儲氫量，將在氫基便攜式能量系統中發揮重要作用。

氨硼烷(AB)是一種優秀的無毒化學儲氫材料，體積密度為146g H₂·L^-1，具有其他固態儲氫材料(如NaBH₄，MgH₂等)無法比擬的高含氫量(19.6wt.％)，在應用于便攜式裝置制氫方面具有很高潛力。

AB的主要制氫方式主要有熱解、水解及醇解三種。其熱分解溫度較高、放氫速率較慢，且在熱分解過程會產生揮發性有毒副產物(乙硼烷、環硼氮烷等)，嚴重影響了其實際應用。AB水解制氫是一種簡便的脫氫方式，具有能耗低、綠色環保等優點。但是AB本身制備成本較高，而AB的水解產物回收困難，制約了AB水解制氫的實際應用。而AB的醇解制氫避免了產物難以回收的缺點。AB的醇解產物NH₄B(OCH₃)₄在室溫下與LiAlH₄和NH₄Cl反應可重新得到AB，降低了應用成本。

AB醇解制氫的應用關鍵還是在于降低其反應活化能，因此研究開發出性能優異且廉價的催化劑是促進氨硼烷醇解制氫應用的關鍵。催化劑的催化性能往往與其組成、尺寸、結構等因素密切相關。目前貴金屬催化劑，如Pt、Pd、Rh、Ru等對于氨硼烷的醇解有著極高的催化活性與選擇性，然而貴金屬催化劑由于成本過高，不具備大規模商業應用價值。因此，開發成本相低廉的非貴金屬催化劑，如Cu、Ni、Co等，更具有實際應用價值。

單組分的非貴金屬催化劑，由于非貴金屬本身電子結構不佳，導致其催化性能遠遠不如貴金屬，所以需要通過引入其他金屬元素來改善自身電子結構，并且通過調控形貌來提升其催化性能。在納米尺寸下，非貴金屬的比表面積大大增加，反應活性也有著大幅度的提升，但是高的比表面能導致催化劑顆粒更容易發生團聚現象，降低其循環壽命。通過將金屬活性成分負載在載體上，能夠有效地抑制其團聚現象的產生，是一種提高催化活性的有效途徑。由于無定形摻氮碳材料(NC)具有各向同性的特點，使得金屬負載位點更為均勻，也使得負載金屬出現了一定的非晶化，改善了負載金屬的電子結構。同時，NC具有極高的比表面積，其類似石墨烯的二維結構能極大地增加負載金屬與反應物的接觸面積比，并且誘導其在二維方向上的成長，同時可以防止金屬發生團聚，從而大幅提升負載金屬的催化活性。

發明內容

本發明的目的在于針對現有的AB水解不可再生、催化劑成本高等問題，提供一種針對AB醇解反應簡單有效的非貴金屬負載型復合催化劑及其制備方法。該催化劑與傳統催化劑相比，可極大降低成本，簡化合成方法，并且其催化性能得到了極大提升。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種二維非貴金屬負載型催化劑，由摻氮碳材料負載活性成分得到，所述活性成分由非貴金屬元素Cu、Ni和Co組成。