[發明專利]一種摻氮碳鑲嵌非貴金屬催化劑及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201810505024.0
• 申請日: 2018-05-24
• 公開（公告）號: CN108704654B
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發明（設計）人: 張鋒偉;馬春蘭;張獻明
• 申請（專利權）人: 山西大學
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;C01B3/06
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司 14101
• 代理人: 申艷玲

1.一種摻氮碳鑲嵌非貴金屬催化劑，其特征在于：以非貴金屬有機絡合物與二氧化硅的復合物為前驅體，利用高溫熱分解結合選擇性刻蝕工藝，制備出摻氮碳鑲嵌非貴金屬催化劑；所述非貴金屬有機絡合物是酞菁鈷、酞菁鎳、酞菁銅、菲啰啉鈷、菲啰啉鐵、卟啉鈷或席夫堿鈷中的一種或兩種；

所述的摻氮碳鑲嵌非貴金屬催化劑的制備方法，包括以下步驟：

（1）將非貴金屬有機絡合物與商業化二氧化硅納米顆粒混勻后，于乙醇和氯仿組成的混合溶劑體系中在50 Hz頻率下超聲分散5~10分鐘，旋蒸去除溶劑即得到固體粉末；

雙溶劑體系中非貴金屬有機絡合物與二氧化硅的質量比在1：5~5：1之間；

（2）將生成的固體粉末平鋪于石英舟底部，將其置于管式爐的中間區域；

（3）向管式爐爐體中通入氮氣或惰性氣體對樣品進行連續吹掃，然后爐體溫度逐漸升至700~1000℃，并在此溫度下保持1~6小時再冷卻至室溫；

（4）將得到的黑色粉末在堿性溶液中于50℃下重復處理12~24小時，抽濾、水和乙醇反復洗滌后，得到摻氮碳鑲嵌非貴金屬催化劑。

2.根據權利要求1所述的摻氮碳鑲嵌非貴金屬催化劑，其特征在于：所述商業二氧化硅納米顆粒尺寸為7~50nm。

3.根據權利要求1所述的摻氮碳鑲嵌非貴金屬催化劑，其特征在于：所述非貴金屬是Fe、Co、Ni中的一種或兩種。

4.根據權利要求1所述的摻氮碳鑲嵌非貴金屬催化劑，其特征在于：所述的惰性氣體包含氬氣或氦氣中的一種，通入管式爐的氣體流速為5~300 mL/min；管式爐升溫速率為3~10℃/min，降溫速率為5~20℃/min。

5.根據權利要求1所述的摻氮碳鑲嵌非貴金屬催化劑，其特征在于：所述堿性溶液是氫氧化鈉、碳酸鈉、碳酸氫鈉、碳酸鉀或氨水中的一種，濃度為0.5~2.0mol/L。

6.根據權利要求1所述的摻氮碳鑲嵌非貴金屬催化劑，其特征在于：制備的摻氮碳鑲嵌非貴金屬催化劑的比表面積為550~1044m²/g、孔徑為3.72~10.1nm，氮含量在4.8~17.2wt%，鈷納米顆粒尺寸在12~18 nm之間連續調控。

7.一種權利要求1~4任一項所述的摻氮碳鑲嵌非貴金屬催化劑在氨硼烷催化水解制氫中的應用。

8.根據權利要求7所述的應用，其特征在于：所述摻氮碳鑲嵌非貴金屬催化劑在不同溫度下催化氨硼烷分解制氫的過程如下：30mg催化劑加入到3.0ml去離子水并分散均勻，將含有50mg氨硼烷的2.0ml水溶液快速加入到催化劑懸浮液中；磁力攪拌器調節到1200轉/分及恒溫水浴鍋控制在25~40℃下開始計時，氫氣生成的體積通過量氣管直接讀取，直到沒有氫氣泡產生時停止反應。