[發明專利]一種用于甲酸制氫的非貴金屬催化劑及制備方法

有效

• 申請號: 201911187713.2
• 申請日: 2019-11-28
• 公開（公告）號: CN110860304B
• 公開（公告）日: 2023-03-03
• 發明（設計）人: 梁志武;毛秋鳳;黃楊強;張喬羽
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;B01J37/08;C01B3/22
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本發明公開了一種用于甲酸制氫的非貴金屬催化劑及制備方法。本發明將非貴金屬與含氮有機配體在醇溶液中負載在載體上，經高溫焙燒得到具有優異催化效率的非貴金屬催化劑，制備方法簡單，易操作。本發明將制備的非貴金屬催化劑應用于催化甲酸液相分解制氫，結果表明該催化劑對催化甲酸分解制備氫氣具有良好的催化活性，且非貴金屬成本低，原料來源廣泛，更適用于大規模工業應用。

技術領域

本發明涉及化學化工技術領域，具體涉及一種用于甲酸制氫的非貴金屬催化劑及其制備方法。

背景技術

能源短缺和環境惡化給世界帶來了巨大的壓力，因此當務之急是尋找高效、清潔、可持續的新能源。氫能被譽為“綠色能源”，因其清潔、能量密度高的特性而受到廣泛的關注。然而，氫通常以氣體形式存在，它的安全儲存和運輸問題阻礙了氫能的廣泛應用。甲酸中氫含量高達4.4％，并且來源廣闊、無毒且常溫常壓下性質穩定，是一種具有廣大應用前景的化學儲氫材料。

近年來，甲酸制氫技術不斷發展，但其關鍵技術仍然是開發出性能優良，低成本的脫氫催化劑適用于大規模工業應用。均相催化劑因其不易分離的特性，難以在工業上大規模應用。而非均相催化劑，其催化效率和成本問題目前仍未得到有效的解決。公開號為CN105197886A的專利文獻公開了一種負載型Au-Pd/mpg-C₃N₄納米催化劑催化甲酸脫氫的方法，即使其選擇性高達100％，但其催化活性僅有120h^-1以上。公開號為CN109529878A的專利文獻公開了一種負載型AgPd/多孔CexCuyOz納米催化劑的制備方法用于甲酸脫氫，其脫氫轉化率和選擇性均為100％，但催化活性仍然較低，僅有190h^-1。最為關鍵的是，目前用于甲酸制氫技術的催化劑大多數為貴金屬催化劑，貴金屬的高成本和稀缺性是這些催化劑無法避免的劣勢。

因此，對于甲酸制氫的大規模應用的關鍵在于開發出高效且低成本的催化劑，通過對催化劑制備方法的改進，本發明提出了一種用于甲酸制氫的非貴金屬催化劑及其制備方法。

發明內容

本發明提供了一種催化甲酸制氫的非貴金屬催化劑，克服了貴金屬高成本和稀缺性的劣勢，具有良好的催化活性、選擇性和穩定性。

本發明提供的催化甲酸制氫的非貴金屬催化劑，包括碳材料載體和非貴金屬活性組分。

所述的非貴金屬催化劑，載體包括類石墨相氮化碳C₃N₄、石墨烯、納米碳管、碳黑等碳材料。非貴金屬前驅體包括Co、Ni、Fe、Cu、Mo等過渡金屬的金屬鹽。

所述的非貴金屬催化劑，非貴金屬與含氮有機配合物的熱解形成活性組分，含氮有機配合物包括2,2-聯吡啶、1,10-菲羅啉、2-氨基-3-苯基丙酸、2-氨基對苯二甲酸、雙聚氰胺、三聚氰胺等含氮有機物。

本發明提供一種采用熱解法制備非貴金屬催化劑的方法，其具體步驟包括：

(1)將一定量的非貴金屬前驅體和含氮有機配合物加入到醇溶液中，室溫攪拌形成均一溶液，加入一定量的載體粉末，并將混合物加熱至一定溫度，攪拌一段時間揮發部分溶劑，真空干燥后得到負載了非貴金屬的固體樣品。

(2)將負載了非貴金屬的固體樣品研磨成細粉末，用陶瓷方舟盛放并轉移至管式爐，在惰性氣體氛圍中一定溫度下焙燒，自然冷卻至室溫后得到非貴金屬催化劑。

其中：步驟(1)所述的醇溶液為甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、異丙醇、乙二醇等溶液；

步驟(1)所述的非貴金屬前驅體和含氮有機配合物的摩爾比為1:1-1:20；

步驟(1)所述的加熱溫度為30～70℃，轉速為200～600rpm，攪拌時間為3～6h；

步驟(2)所述的管式爐焙燒溫度為500～1000℃；