[發(fā)明專利]一種Ru/MgO催化劑及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811261839.5
• 申請日: 2018-10-26
• 公開（公告）號(hào): CN109289846B
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周軍;曹曉晴;王紅娜;秦高梧;李松;曹鳳
• 申請（專利權(quán)）人: 東北大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J23/58
• 分類號(hào): B01J23/58;C01B3/06
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責(zé)任公司 21212
• 代理人: 趙淑梅;李馨

本發(fā)明一種Ru/MgO催化劑及其制備方法和應(yīng)用，屬于催化制氫能源領(lǐng)域。所述制備方法按如下步驟進(jìn)行：將四氯化釕溶液與電解液混合，得混合液，使混合液溫度保持在0?25℃，以金屬鎂作為陽極，進(jìn)行微等離子體氧化過程，得Ru/MgO催化劑。本發(fā)明與目前其他制備方法相比，步驟更加方便，過程簡單；同時(shí)與一般的非貴金屬催化劑相比，使用釕元素更加廉價(jià)，催化性能更加優(yōu)越；制備的Ru納米粒子鑲嵌在多孔的氧化鎂載體上，展現(xiàn)出強(qiáng)烈的相互作用。本實(shí)驗(yàn)發(fā)明的催化劑制備技術(shù)，有利于簡單，快速的制備小型便攜式制氫催化劑，可以根據(jù)使用需求制備各種形狀，體積的催化劑，對未來工業(yè)化的生產(chǎn)有重要意義。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于催化制氫能源領(lǐng)域，主要涉及一種Ru/MgO催化劑及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

氫能源作為一種干凈的可再生能源，具有儲(chǔ)量豐富，熱值高，使用過程對環(huán)境無污染等特點(diǎn)，成為最具有發(fā)展前景的可替代能源。目前，對氫的儲(chǔ)存及利用主要包括兩方面，對于常規(guī)的氫氣，通常使用高壓將其壓縮在重型鋼瓶中；另一方面，氫也可以儲(chǔ)存在一些化合物中，例如，金屬間氫化物，有機(jī)液態(tài)氫化物，硼氫化鈉等，這種儲(chǔ)氫方式具有儲(chǔ)氫密度大，儲(chǔ)存環(huán)境溫和等優(yōu)點(diǎn)，因而受到研究者的廣泛關(guān)注。其中，硼氫化鈉作為一種目前儲(chǔ)氫密度最高的化合物(10.8wt％)，其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，便于運(yùn)輸，是一種十分優(yōu)秀的儲(chǔ)氫材料；在催化劑作用下，硼氫化鈉在堿性溶液中水解產(chǎn)生氫氣(不含CO₂等雜質(zhì)氣體)，可以直接作為氫源使用。目前，用于催化硼氫化鈉水解制氫的催化劑主要有Pt，Ru，Co，Ni等金屬，對于Pt等貴金屬，由于其儲(chǔ)存量稀少，價(jià)格昂貴，回收困難等缺點(diǎn)，限制了其應(yīng)用；對于非貴金屬Co，Ni而言，盡管已經(jīng)開發(fā)出一些有效的催化劑，但總體上仍然無法達(dá)到貴金屬的催化效應(yīng)；而對于Ru(釕)元素，不僅具有貴金屬的特性，其價(jià)格相較于一般的貴金屬而言，要廉價(jià)的多，因此Ru是一種理想的硼氫化鈉水解制氫的催化劑。目前，Ru作為催化劑主要是以納米粒子負(fù)載在各種載體的形式出現(xiàn)，但這些催化劑普遍存在著活性成分與載體之間結(jié)合力差，反應(yīng)過程中易于從載體上脫落，導(dǎo)致催化活性急劇下降等缺點(diǎn)；因此，尋找適當(dāng)?shù)闹苽浞椒?，提升活性成分與載體之間的相互作用力，維持其高效的催化反應(yīng)效率，是當(dāng)前迫切需要研究的問題。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述問題，本發(fā)明使用一種微等離子體氧化技術(shù)來制備Ru/MgO催化劑，微等離子體氧化技術(shù)是一種突破傳統(tǒng)陽極氧化技術(shù)的金屬表面原位修飾技術(shù)，基于金屬界面的高溫等離子效應(yīng)，金屬表面將原位生成多孔的氧化物保護(hù)層，與基體鎂緊密結(jié)合，可以作為一種優(yōu)秀的催化劑載體；同時(shí)催化劑的前驅(qū)體鹽在高溫等離子界面下，將原位分解還原形成金屬納米粒子；此過程中，金屬納米粒子與多孔氧化物層同時(shí)生成，納米粒子與載體氧化鎂之間形成鑲嵌結(jié)構(gòu)，相互作用增強(qiáng)，穩(wěn)定性得到極大的提升；在微等離子體處理過程中，使用液氮處理金屬界面，保持界面在微等離子體下的低溫狀態(tài)，制備得到了分散性好，尺寸均勻的釕催化劑。

本發(fā)明可通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種Ru/MgO催化劑的制備方法，按如下步驟進(jìn)行：

將四氯化釕溶液與電解液混合，得混合液，所述混合液中四氯化釕濃度為1*10^-3-1*10^-2mol/L，使混合液溫度保持在0-25℃，以金屬鎂作為陽極，進(jìn)行微等離子體氧化過程，得Ru/MgO催化劑，將所述催化劑洗滌干燥；

所述電解液是由濃度為8g/ml-36g/ml的硅酸鈉溶液，2g/ml-16g/ml的氟化鉀溶液，4g/ml-16g/ml的氫氧化鉀溶液以1:1:1的體積比組成；

所述微等離子體氧化過程參數(shù)為：脈沖寬度為200-1000μs，脈沖數(shù)為24-120Hz，脈沖電流密度為0.4-2A/cm²，作用時(shí)間為1-3min；過程中使用液氮澆注陽極金屬鎂。

進(jìn)一步優(yōu)選地，所述微等離子體氧化過程參數(shù)為：脈沖寬度為300-800μs，脈沖數(shù)為30-80Hz，脈沖電流密度為0.5-2A/cm²，作用時(shí)間為1-3min。