[發明專利]一種具有搖鈴結構鈷酸鹽納米復合材料的制備方法及其在催化氨硼烷水解產氫上的應用

有效

• 申請號: 202011285161.1
• 申請日: 2020-11-17
• 公開（公告）號: CN112371127B
• 公開（公告）日: 2023-07-14
• 發明（設計）人: 馮裕發;廖錦云;李浩;陳曉東;王慧澤;劉全兵;張喜斌;李航;郭賓珊
• 申請（專利權）人: 惠州學院
• 主分類號: B01J23/75
• 分類號: B01J23/75;B01J35/02;C01B3/06
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 鄧聰權

本發明公開了一種具有搖鈴結構鈷酸鹽納米復合材料的制備方法，所述制備方法包括：(1)、以高分子樹脂微球作為硬模板；(2)、將摩爾比為2:1的可溶性鈷鹽、過渡金屬鹽溶于乙醇水溶液，加入硬模板，然后加堿作為沉淀劑，加入表面活性劑，在70?90℃下回流加熱，得到前驅體；過濾洗滌，收集產品，在真空烘箱中烘干；(3)、將烘干后的粉末煅燒，得到具有搖鈴結構的鈷酸鹽。本發明選用高分子樹脂微球作為硬膜板，其具有微球尺寸可靈活調控的優點，同時，采用尿素作為制備前驅體過程的沉淀劑，在低溫下實現緩慢分解釋放出氫氧根，進而實現在硬模板表面均勻包覆前驅體，最后通過煅燒，成功制備出具有搖鈴結構鈷酸鹽納米復合材料并實現靈活調控鈷酸鹽的尺寸大小。

技術領域

本發明屬于催化領域及儲氫材料領域。尤其涉及一種具有搖鈴結構鈷酸鹽納米復合材料的制備方法及其在催化氨硼烷水解產氫上的應用。

背景技術

大量的開發和使用傳統的化石能源，造成了一系列能源危機和引發了一系列環境問題，如溫室效應、酸雨、粉塵污染等。尋找一種可再生的清潔能源替代傳統能源已經成為當下科學研究的熱點。氫能具有高熱值、燃燒產物無污染、來源廣泛等優點，受到了廣泛研究。由于氫氣密度低以及具有很寬的爆炸極限，因此如何儲存和運輸氫氣成為氫能開發利用亟需解決的問題。開發一種高效的儲氫材料是目前氫能研究熱點。氨硼烷作為一種常見的儲氫材料，具有高儲氫含量，穩定，無毒等優點，受到了廣泛的研究。氨硼烷釋氫可以通過水解、醇解和熱解等方式進行。氨硼烷水解產氫具有反應條件溫和，無需使用到有機溶劑等優點已經成為當下開發氫能的一種重要路線。由于氨硼烷水解釋氫速率極為緩慢，需要在適當催化劑催化下才能進行，因此開發一種高效的氨硼烷水解催化劑是該研究的關鍵。貴金屬催化劑雖然具有較高的催化活性，但是由于其價格昂貴，地球上的豐度不高，因此限制了其大規模開發利用。近年來，非貴金屬催化劑，如鈷、鎳、銅、鐵等由于其儲量較高且有廉價等特點，引起了研究人員的廣泛興趣。

搖鈴結構是一種獨特的空心結構，由多孔殼層、空腔和可以自由移動的內核所組成，具有密度低、比表面積大、易于功能化等優點。在能源、生物醫療、催化、傳感分析、納米反應器等領域具有廣泛應用。目前，常用的合成搖鈴結構方法有模板法、自模板法、瓶中造船法、奧斯特瓦爾德熟化、柯肯達爾效應及電置換反應等方法。早在2002年，Hyeon等人(Synthesis?of?Nanorattles?Composed?of?Gold?Nanoparticles?Encapsulated?inMesoporous?Carbon?and?Polymer?Shells,Nano?Letter,2002,2,1383-1387.)以SiO₂為硬模板，通過制備出Au@SiO₂@C結構，進一步通過HF刻蝕SiO₂，得到單分散的搖鈴結構Au@C。該方法雖然能得到分散性較好的搖鈴結構Au@C，但是由于其使用了劇毒物質HF，且流程較為繁瑣，導致該方法操作上具有一定難度。Schaak等人利用柯肯達爾效應成功制備了具有搖鈴結構的金屬磷化物納米材料，但是該方法制備的搖鈴結構分散性欠佳，具有不易控制等缺點。

因此，研發一種制備過程簡便、環境友好，易于控制、產品性能優良的能夠應用于工業化生產搖鈴結構的鈷酸鹽復合材料的方法是本發明致力解決的問題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種具有搖鈴結構鈷酸鹽納米復合材料的制備方法，本發明合成方法簡單、條件溫和，環境友好，合成的搖鈴結構鈷酸鹽具有分散均勻、形貌規整等優點。

本發明提供一種具有搖鈴結構鈷酸鹽納米復合材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)、以高分子樹脂微球等作為硬模板；

(2)、將摩爾比為2:1的可溶性鈷鹽、過渡金屬鹽溶于乙醇水溶液，加入硬模板，然后加入沉淀劑，加入表面活性劑控制產品形貌，在70-90℃下回流加熱8-48h，得到前驅體；過濾洗滌，收集產品，在真空烘箱40～80℃下烘干；