[發明專利]一種仿生結構的納米粒子-石墨烯-泡沫鎳復合材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202010416644.4
• 申請日: 2020-05-15
• 公開（公告）號: CN111604072A
• 公開（公告）日: 2020-09-01
• 發明（設計）人: 孫立賢;康莉;李晶華;徐芬
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: B01J27/185
• 分類號: B01J27/185;B01J35/10;C01B3/06
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本發明公開了一種具有骨架?皮膚?毛發仿生結構的納米粒子?石墨烯?泡沫鎳復合材料，泡沫鎳起骨架作用，石墨烯起皮膚作用，納米粒子起毛發作用，其宏觀形貌為塊體狀，所述納米粒子為CoNiP納米粒子，呈納米片層結構。其制備方法為：1）骨架?皮膚結構的石墨烯?泡沫鎳復合載體的制備；2）石墨烯?泡沫鎳負載CoNi前驅體的制備；3）石墨烯?泡沫鎳負載CoNi前驅體的磷化處理。作為硼氫化物水解制氫催化劑的應用，最大產氫速率為6681.34 mL·min^?1g^?1，放氫量為理論值的100%，活化能為E_a=31.2 kJ·mol^?1，可以實現按需制氫、即時控制反應啟停的效果，15次回收/重復使用后仍保留初始催化活性的74.8％。

技術領域

本發明涉及催化硼氫化鈉水解制氫的技術領域，具體涉及一種仿生結構的納米粒子-石墨烯-泡沫鎳復合材料及其制備方法。

背景技術

隨著全球性能源資源的日益枯竭以及大量利用化石能源帶來的一系列的環境問題，尋找可持續發展的綠色能源迫在眉睫。氫能作為一種無污染、潔凈的二次能源，是當前能源科學界的研究的重中之重。然而氫的儲存與制備技術仍然是制約氫能商業化應用的關鍵技術。目前的儲氫方法，其中金屬氫化物儲氫因其具有高效的儲氫效率反應條件簡單、易控制操作安全等特點，成為國內外儲氫領域研究的熱點。

硼氫化鈉(NaBH₄)由于含氫密度高(10.8wt％)，良好的儲存穩定性，無毒和安全的反應條件，被認為是最有潛力的化學儲氫材料之一。由于強氫鍵作用，硼氫化物通過熱解或水解釋放H₂。硼氫化物的水解可以在室溫下進行，但通常動力學緩慢，因此需要使用高效的催化劑。釕、鉑、鈀及相關合金等貴金屬基材料的整體催化性能最好，但成本高且稀有。因此，開發高性能、低成本的替代催化劑具有重要意義。

基于這些原因，非貴金屬催化劑逐漸發展起來，并顯示出良好的催化活性，尤其是鈷基和鎳基催化劑。此外，非金屬原子(如P或B)與過渡金屬(如Co或Ni)的結合改變了活性金屬的電子態，從而提高了催化性能。例如，與原始的Co催化劑相比，Co-B具有更高的催化活性，Co-P催化劑對NaBH₄的水解具有良好的催化效率。另外，Co-P的合成原料比Co-B的便宜，因此開發高性能的Co-P合金催化劑來水解硼氫化物具有很大的研究興趣和實用價值。現有文獻1(Patel N,Fernandes R,Miotello A.Hydrogen Generation By Hydrolysis OfNaBH₄ With Efficient Co-P-B Catalyst:A Kinetic Study[J].Journal of PowerSources,2009,188(2):411-420.)通過化學還原法合成了Co-P-B合金粉末催化劑，P的合金化形成新的Co簇作為活性位點增強了其固有活性，對NaBH₄的水解具有良好的催化效果。雖然過渡金屬鈷基催化劑中加入非金屬原子P能提高對硼氫化物水解的催化效率，但粉狀催化劑存在分離困難、易聚合等缺點。此外，一些鈷催化劑不能很好地回收利用，因為它們表現出較弱的耐久性和載體附著力。與上述催化劑相比，納米陣列集成整體式催化劑具有明顯的不聚集、反應體系易于快速回收、可重復使用和按需制氫等優點。