[發明專利]一種用于催化液體有機氫載體吸氫和放氫的基于過渡金屬-硼的催化劑及其制備方法

有效

• 申請號: 202010007986.0
• 申請日: 2020-01-06
• 公開（公告）號: CN111013663B
• 公開（公告）日: 2022-11-22
• 發明（設計）人: 吳勇;余洪蒽;謝鐳;鄭捷;李星國
• 申請（專利權）人: 蘇州清德氫能源科技有限公司
• 主分類號: B01J31/26
• 分類號: B01J31/26;B01J31/12;C01B3/00
• 代理公司: 常州市權航專利代理有限公司 32280
• 代理人: 張佳文

本發明屬于儲氫技術領域和催化技術領域，具體涉及一種用于催化液體有機氫載體吸氫和放氫的基于過渡金屬?硼的催化劑及其制備方法。該催化劑包括催化劑載體和負載于催化劑載體上的活性催化組分，所述活性催化組分為過渡金屬?硼與金屬氫化物的混合組分；所述的過渡金屬?硼是由過渡金屬鹽與硼氫化物溶液經反應制得。和現有技術相比，本發明具有如下優點：（1）本發明催化劑制備過程簡單，易于操作和放大，很容易應用；（2）本發明所制得的催化劑性能優異，在不使用貴金屬的情況下可以達到貴金屬催化劑的性能，而且吸氫和放氫使用同一種催化劑，可以顯著降低液體有機氫載體的使用成本。

技術領域

本發明屬于儲氫技術領域和催化技術領域，具體涉及一種用于催化液體有機氫載體吸氫和放氫的基于過渡金屬-硼的催化劑及其制備方法。

背景技術

在能源危機和環境污染問題日益嚴重的今天，由可再生能源代替化石能源的能源轉型迫在眉睫。氫能源作為一種清潔可再生的二次能源，被認為是能源轉型中的核心支柱。然而，足夠高效安全的儲氫方式的缺乏限制著氫能源的發展。液體有機氫載體因其儲氫量高、可逆性好、導熱性好等優勢成為目前最具潛力的儲氫材料之一，然而液體有機氫載體普遍存在吸放氫動力學緩慢，需要使用昂貴的貴金屬催化劑的缺點，而且吸氫和放氫過程往往需要不同的催化劑。比如對于最有應用前景的液體有機氫載體之一的N-乙基咔唑，目前Ru基催化劑和Pd基催化劑分別是其吸氫反應和放氫反應最好的催化劑。

因此，對于液體有機氫載體的催化加氫和催化脫氫技術的主要瓶頸之一是貴金屬催化劑的使用帶來的高昂成本。

發明內容

為了解決上述現有技術中存在的問題，本發明提供一種用于催化液體有機氫載體吸氫和放氫的基于過渡金屬-硼的催化劑及其制備方法。本發明所述的基于過渡金屬-硼的催化劑能同時高效催化N-乙基咔唑等液體有機氫載體的吸氫和放氫反應，催化性能都分別媲美甚至超過貴金屬催化劑，從而能夠大大降低液體有機氫載體的使用成本，推動其實際應用。

為達到上述目的，本發明所采用如下技術方案：

一種用于催化液體有機氫載體吸氫和放氫的基于過渡金屬-硼的催化劑，該催化劑包括催化劑載體和負載于催化劑載體上的活性催化組分，所述活性催化組分為過渡金屬-硼與金屬氫化物的混合組分，所述的過渡金屬-硼是由過渡金屬鹽與硼氫化物溶液經反應制得。

優選的，本發明所述的過渡金屬-硼由如下制備步驟制得：將過渡金屬鹽、十六烷基三甲基氯化銨、催化劑載體和去離子水，超聲分散，超聲條件下緩慢滴加硼氫化物溶液，滴完后繼續超聲，離心分離，清洗，最后抽真空干燥。

進一步優選的，本發明所述的過渡金屬-硼與金屬氫化物的質量比為1:0.5～2。

進一步優選的，本發明所述的過渡金屬-硼選自Fe-B、Co-B、Ni-B、NiFe-B、NiCo-B、FeCo-B、FeCoNi-B中的一種。

進一步優選的，本發明所述的過渡金屬鹽選自CoCl₂?6H₂O、NiCl₂?6H₂O、FeSO₄?7H₂O中的一種或多種。

進一步優選的，本發明所述的催化劑載體選自Al₂O₃、SiO₂、石墨烯中的一種。

進一步優選的，所述的過渡金屬鹽與十六烷基三甲基氯化銨的摩爾比為1:1.5～2；所述的十六烷基三甲基氯化銨、催化劑載體與去離子水的質量比為1：2～5：2～5；所述過渡金屬鹽與硼氫化物的摩爾比為1：1～2。

進一步優選的，本發明所述的金屬氫化物包括選自LiH、MgH₂、YH₃、LaH₃、GdH₃、NaAlH₄中的一種或幾種。