[發明專利]一種過渡金屬納米復合催化劑及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201810049461.6
• 申請日: 2018-01-18
• 公開（公告）號: CN108246333A
• 公開（公告）日: 2018-07-06
• 發明（設計）人: 肖學章;黃旭;陳立新;王宣程
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;C01B3/00
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

本發明公開了一種過渡金屬納米復合催化劑，由過渡金屬納米顆粒和載體組成，所述過渡金屬納米顆粒的負載量為5％～50％，所述載體為g?C₃N₄。其制備包括：(1)以尿素為前驅體，在500～600℃下進行煅燒，制備出片層狀的g?C₃N₄；(2)在保護氣氛下金屬有機框架MOF?74?M于600～800℃進行碳化，原位合成碳負載的過渡金屬納米顆粒，M為Fe、Co或Ni；(3)將過渡金屬納米顆粒和g?C₃N₄添加至溶劑中，經攪拌、超聲和去溶劑處理，制得所述的過渡金屬納米復合催化劑。本發明通過將過渡金屬納米顆粒負載在片層狀的g?C₃N₄上，提高了過渡金屬納米復合催化劑的催化放氫效果，在催化領域具有廣泛的應用。

技術領域

本發明屬于儲氫材料的應用領域，具體涉及一種過渡金屬納米復合催化劑及其制備方法和應用。

背景技術

能源是人類社會發展的基礎，隨著化石能源的日漸匱乏以及生活環境的持續惡化，發展以氫作為能源載體的新能源技術已成為各國的共識，儲氫是發展氫能經濟的關鍵，其中與燃料電池氫源系統相關的新型儲氫復合材料的研發得到廣泛關注。由輕質元素組成的各種新型氫化物儲氫材料，如硼氫化物、鋁氫化物和氨基化合物都具有較高的理論儲氫容量，為固態儲氫材料與技術的突破帶來了新希望。

2LiBH₄-MgH₂復合體系的理論儲氫容量大于10wt.％，且具有良好可逆吸放氫性能，該體系的放氫反應焓變ΔH_des為40.5kJ/mol H₂，平衡壓力為1bar時的理論放氫溫度T_d為168℃。但是，其緩慢的吸放氫動力學性能仍有待進一步提高。

催化摻雜是改善金屬配位氫化物吸放氫動力學性能的一種有效方法，過渡金屬由于其高的電負性以及多價態的性質，是一類重要的催化元素。3d過渡金屬納米顆粒具有獨特的電子結構，在電化學及催化領域具有重要的應用價值。然而，納米尺寸催化劑在制備和吸放氫過程中，普遍存在容易出現顆粒團聚的現象，使得其催化效率下降。

此外，目前過渡金屬納米顆粒的制備過程復雜、技術要求嚴格、價格昂貴，無法適應規?；瘧?。因此，開發出一種具有高效催化作用的廉價過渡金屬納米催化劑，以提高配位氫化物復合體系的可逆儲氫容量具有十分重要的意義。

發明內容

本發明目的是針對常用的二維碳材料載體自身的功能性不強等缺點，提供一種具有高效催化選擇性和穩定性，并能有效提高配位氫化物復合體系的可逆儲氫容量的過渡金屬三維納米復合催化劑及其制備方法與應用。

本發明采用的技術方案如下：

一種過渡金屬納米復合催化劑，所述過渡金屬納米復合催化劑由過渡金屬納米顆粒和載體組成，所述過渡金屬納米顆粒的負載量為5％～50％，所述載體為g-C₃N₄。

本發明過渡金屬納米復合催化劑具有功能性的載體，既能有助于提高催化劑的均勻分散，同時載體本身對于催化反應起到一定輔助作用。

所述過渡金屬納米顆粒為Fe、Co或Ni納米顆粒。

所述過渡金屬納米顆粒的尺寸為8～15nm。

本發明還提供了一種所述過渡金屬納米復合催化劑的制備方法，包括：

(1)以尿素為前驅體，在500～600℃下進行煅燒，制備出片層狀的g-C₃N₄；

(2)在保護氣氛下金屬有機框架MOF-74-M于600～800℃進行碳化，原位合成碳負載的過渡金屬納米顆粒，其中，M為Fe、Co或Ni；