[發明專利]一種精細調控負載型合金催化劑及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 202011359533.0
• 申請日: 2020-11-27
• 公開（公告）號: CN112495393B
• 公開（公告）日: 2022-07-26
• 發明（設計）人: 王平;施青
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: B01J23/89
• 分類號: B01J23/89;B01J35/02;B01J37/10;B01J37/34;B01J37/18;B01J37/03;C01B3/04
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍;江裕強

本發明屬于不可逆儲氫材料領域，公開了一種精細調控負載型合金催化劑及其制備方法與應用。所述催化劑包括金屬合金活性相和金屬氧化物基體相，金屬合金活性相以超小納米顆粒形式高度分散在金屬氧化物基體相表面。根據需要調整不同的貴金屬前驅體鹽的溶液PH值，將貴金屬前驅體鹽單層吸附在固溶體基底上，所得產物在還原性氣氛下進行熱處理反應，得到高分散納米合金催化劑。本發明的制備方法原料易得、工藝簡單、易于量產。制得的催化劑兼具高本征催化活性、豐富的活性位點和優異的穩定性，可在堿性條件下高效催化水合肼分解制氫。

技術領域

本發明屬于不可逆儲氫材料領域，具體涉及一種精細調控負載型合金催化劑及其制備方法與應用。

背景技術

能源短缺、環境污染以及全球氣候變暖給人類社會的可持續發展帶來了前所未有的挑戰。優化能源結構和開發利用高效轉化技術是解決當前危機的重要途徑。氫是一種清潔高效的可再生能源，氫能的利用對“氫經濟”的發展至為重要，研究和開發高儲氫性能且有規模應用前景的儲氫材料是氫能高效利用的前提條件。根據不同的充放氫方式，儲氫材料可大致可分為物理儲氫材料和化學儲氫材料。其中，化學儲氫材料的氫含量遠遠高于物理儲氫材料，特別是水合肼(N₂H₄·H₂O)作為是一種新型化學儲氫材料，具有儲氫容量高(8wt％)、材料成本低、便于貯運以及制氫反應不產生固體副產物等突出優點，使其受到廣泛關注。雖然如此，卻因N₂H₄·H₂O具有毒性，使其實際應用受到嚴重阻礙，但根據Tanaka的報道，可通過水合肼與含羰基聚合物反應形成固體腙來解決這一問題。腙十分安全，可在與溫水接觸時釋放出一水合肼。

N₂H₄作為N₂H₄·H₂O的有效儲氫成分，其分解有兩條競爭性路徑：N₂H₄→N₂+2H₂，3N₂H₄→4NH₃+N₂。從儲氫應用角度，需要選擇性促進其完全分解。由此可以看出，N₂H₄·H₂O化學儲氫技術的關鍵在于研發兼具高活性、高制氫選擇性、高穩定的高效催化劑。研究發現，Ni基合金貴金屬催化劑(Ni-Pt/Ni-Ir/Ni-Ru等)具有優異的催化活性和制氫選擇性，然而貴金屬價格昂貴，資源匱乏，使其商業應用受到嚴重阻礙。因此，在保證催化活性的前提下降低催化劑成本是一種最優策略。一般來說，多相催化反應發生在催化劑表面，其催化性能主要由表面而非本體行為決定，例如，Wang課題組通過共沉淀法制備的Ni-Pt/CeO₂催化劑，在30℃時，反應速率能夠達到353h^-1，雖然表觀活性不錯，但實際本征活性很低。因為大量活性位點被載體CeO₂包裹起來，實際起催化作用的只有暴露在載體表面的活性位點(Int.J.Hydrogen Energy,2017,42,5684)。因此，開發先進的方法來精細調控負載型合金催化劑是合金貴金屬催化劑發展的有效途徑。對于制備含貴金屬的催化劑使用表面調控的方法，可以在不影響催化性能的前提下降低貴金屬負載同時降低成本，這在化學工業上也有巨大的應用潛力。因此，開發一種精細調控高性能催化劑具有重要的意義。

發明內容

針對以上現有技術存在的缺點和不足之處，本發明的首要目的在于提供一種適用于水合肼分解制氫的貴金屬催化劑制備及應用。本發明催化劑具有高本征催化活性、豐富的活性位點和優異的穩定性。研究表明，該催化劑可在堿性條件下高效地催化水合肼分解制氫。

本發明的另一目的在于提供上述基于精細調控貴金屬水合肼分解制氫催化劑的制備方法。該方法制備工藝簡便、便于量產、可應用于其他催化材料領域。

本發明目的通過以下技術方案實現：