[發明專利]一種納米多孔鈀催化劑催化氨硼烷水解放氫的方法

在審

• 申請號: 202011251762.0
• 申請日: 2020-11-10
• 公開（公告）號: CN112520692A
• 公開（公告）日: 2021-03-19
• 發明（設計）人: 馮秀娟;肖濤;包明;王繼虓
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: C01B3/06
• 分類號: C01B3/06
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠

本發明屬于能源與非均相催化技術領域，一種納米多孔鈀催化劑催化氨硼烷水解放氫的方法。以氨硼烷為氫源、納米多孔鈀為催化劑、H₂O為溶劑，其中反應溫度為25℃～45℃，反應時間為2min～60min，其中，氨硼烷在溶劑中的摩爾濃度為0.05～0.4mol/L，所采用的催化劑孔骨架大小為1nm～50nm，氨硼烷與催化劑摩爾比為1：0.01～1：0.05。本發明的方法簡單，成本較低，能在較低溫度下快速催化氨硼烷完全水解釋放出3當量的氫氣，該催化反應完全在水溶液中進行，避免了使用有機溶劑帶來的污染。催化劑重現性好，且重復利用多次催化效果沒有明顯降低，為其實現工業化提供可能。

技術領域

本發明屬于能源與非均相催化技術領域，涉及到非均相催化氨硼烷放氫，特別涉及到一種納米多孔鈀催化劑催化氨硼烷水解放氫的方法。

背景技術

氫能是21世紀有望解決化石能源危機和緩解環境污染問題的綠色能源，它具有以下優點：氫元素來源廣泛、熱值高、燃燒產物僅為水。氨硼烷因其儲氫容量高(19.6wt％)、無毒、在水溶液中能夠穩定存在等特點被認為時一種有前景的儲氫材料。氨硼烷放氫的方式主要有熱解、醇解和水解，熱解所需要的溫度高，易產生雜質氣體，醇解成本比較高。與之相比，在合適催化劑存在的條件下，水解反應室溫就能進行，因此尋找一種合適的催化劑成為研究的熱點。

傳統由氨硼烷水解制備氫氣的方法主要分為兩大類，一是由Ru、Rh、Ir以及其它過渡金屬與配體結合的均相催化劑，但大多數催化劑需要加入四氫呋喃、苯、乙醇、等有機溶劑，這是由于目前大多數金屬配合物的水溶性較差，加入有機溶劑可以提高催化劑的溶解度。并且均相催化劑存在分離回收困難、不可重復使用等缺點。[J.Am.Chem.Soc.2011,133,14212–14215]；二是研究較多的非均相催化劑，此類催化劑大多數為負載型金屬納米粒子，但負載在金屬氧化物上的非均相催化劑，經多次回收利用后，會發生因金屬納米粒子的凝聚而失活現象[LINDLAR H.Helv.Chim.Acta.1952,35,446-450；BRUNET J-J,GALLOIS P,CAUBERE P.J.Org.Chem.1980,45,1937–1945.]。納米多孔鈀材料，是一類新型納米結構催化劑，其由納米尺度的細孔和韌帶構成，與大多數金屬相比具有極大的比表面積、優良的導電導熱和無毒性能，可表現出與塊狀金屬完全不同的物理化學性質，在催化研究領域已受到廣泛關注。納米多孔鈀催化劑(PdNPore)具有催化活性高、穩定、回收利用方便等優點[TANAKA S,KANEKO T,ASAO N,YAMAMOTO Y,CHEN M-W,ZHANG W,INOUE A.Chem.Commun.,2011,47,5985-5987；KANEKO T,TANAKA S,ASAO N,YAMAMOTO Y,et al.Adv.Synth.Catal.,2011,353,2927–2932.]。

發明內容

本發明提供了一種納米多孔鈀催化氨硼烷水解放氫的方法，該方法反應條件非常溫和，成本較低，能在室溫下催化氨硼烷完全水解釋放出3當量的氫氣，且無毒副產物生成。所選用催化劑具有活性高、穩定性好等優點，重復利用多次仍未見催化活性明顯降低。

在25～45℃溫度條件下，加入5.36mg(PdNPore)，再將濃度為0.05～0.4mol/L的氨硼烷溶液注入反應體系中，催化體系立即放出氣體，且在2～60min內完全釋放出3當量氫氣。其中，所采用的催化劑為(PdNPore)，孔骨架大小為1nm～50nm之間，其中氨硼烷與(PdNPore)的摩爾比為1：0.01～1：0.05。

溶劑為乙醚、乙腈、二甲基亞砜、環己烷、正己烷、四氫呋喃、甲苯、乙醇、異丙醇、三氯甲烷、二氯甲烷、丙酮、N,N-二甲基甲酰胺、水中的一種或兩種以上混合。

本發明的有益效果是納米多孔鈀催化劑制備成本較低，合金中Pd含量的越小，制備的催化劑比表面積越大，催化速率越快。且制備出來的催化劑穩定性非常好，重復使用多次后無Pd粒子的流失，能在室溫下催化氨硼烷完全水解釋放出3當量的氫氣。重復使用多次催化效果沒有明顯降低，為其實現工業化提供可能。