[發(fā)明專利]一種氮磷雙摻雜石墨烯負載鎳鈷鈀納米催化劑的制備方法及應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110324016.8
• 申請日: 2021-03-26
• 公開（公告）號: CN113042085B
• 公開（公告）日: 2022-04-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李思佳;王佳運;梁金生;白亞軒;劉玉博;張世雷;尚赫男
• 申請（專利權(quán)）人: 河北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;C01B3/22
• 代理公司: 天津翰林知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 12210
• 代理人: 趙鳳英

本發(fā)明為一種氮磷雙摻雜石墨烯負載鎳鈷鈀納米催化劑的制備方法及應(yīng)用。該方法包括以下步驟：將NiCl₂、Na₂PdCl₄、Co(NO₃)₂、Ce(NO₃)₃溶液加入到GO水溶液中，攪拌5～15min后，得到混合溶液A；將NaH₂PO₄·2H₂O和APTS加入到步驟二的混合溶液A中，得到混合溶液B；將硼氫化鈉NaBH₄作為還原劑加入到步驟三的混合溶液B中得到混合溶液C；磁力攪拌還原，得到所需的氮磷雙摻雜石墨烯負載鎳鈷鈀納米催化劑(NiCoPd?CeO_x/NPG)。本發(fā)明得到的催化劑對于催化甲酸分解制氫反應(yīng)，具有非常好的催化活性，為發(fā)展安全、高效、廉價的催化劑提供新的途徑，并進一步促進甲酸作為儲氫材料在實際生活中的應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及催化劑制備以及環(huán)境和能源的可持續(xù)發(fā)展領(lǐng)域，特別是一種氮磷雙摻雜石墨烯負載鎳鈷鈀納米催化劑的制備方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)

氫能因其燃燒熱值高、對環(huán)境無污染、制取途徑多樣等優(yōu)點，被認為是一種非常有前景的能量載體。但是，安全的存放和運輸氫仍然是實現(xiàn)基于燃料電池的清潔能源系統(tǒng)所面臨的挑戰(zhàn)之一。近年來，化學(xué)儲氫材料引起了相當大的研究興趣。

甲酸(HCOOH，F(xiàn)A)具有相當大的儲氫能力(4.4wt％)，無毒，在環(huán)境條件下易于儲存并具有良好的穩(wěn)定性。使用合適的催化劑和反應(yīng)條件，可以通過優(yōu)選的脫氫途徑(HCOOH→CO₂+H₂，△G_298K＝-48.8kJ/mol)釋放FA中存儲的氫。然而，不希望的脫水反應(yīng)(HCOOH→CO+H₂O，△G_298K＝-28.5kJ/mol)會產(chǎn)生有毒的一氧化碳(CO)副產(chǎn)物，會毒化燃料電池催化劑，因此必須嚴格避免副反應(yīng)。Pd基催化劑對于甲酸脫氫反應(yīng)具有非常優(yōu)異的效果，但是其在選擇性和催化活性方面仍有很大的提升空間。而且，由于貴金屬的成本高且在自然界中的儲量少，因此不適用于大規(guī)模的實際生產(chǎn)。與晶態(tài)物質(zhì)相比，非晶態(tài)物質(zhì)中存在著更多的和不飽和配位點，進而能夠增加催化反應(yīng)活性中心的數(shù)量。石墨烯具有比表面積大、導(dǎo)電性強和穩(wěn)定性好等優(yōu)點，常被用作一種理想的載體材料。雖然石墨烯對金屬納米粒子有很好的錨定效果，但是它的親水性和負載粒子的分散性仍然有很大的提升空間。

綜上所述，研發(fā)一種簡單且有效的方法合成價格低廉、高效且分散性好的納米催化劑對于降低催化劑成本并提高甲酸脫氫反應(yīng)效率是非常必要的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是要針對現(xiàn)有技術(shù)中一般為使用有毒/刺激性氣味的化學(xué)物質(zhì)或高溫來進行石墨烯的摻雜的不足，提供一種氮磷雙摻雜石墨烯負載鎳鈷鈀納米催化劑的制備方法及應(yīng)用。該方法采用簡單的一步還原法，快速的實現(xiàn)了對石墨烯載體的氮磷雙摻雜，并在還原時，引入的CeO_x成分有效的降低了金屬納米粒子的結(jié)晶性，使得活性位點增多本發(fā)明在催化劑組成中，引入Ni、Co兩種非貴金屬成分，有效的降低了成本。

為達到上述目的，本發(fā)明是按照以下技術(shù)方案實施的：

一種氮磷雙摻雜石墨烯負載鎳鈷鈀納米催化劑的制備方法，包括以下步驟：

步驟一、配制濃度為3～10mg/mL的氧化石墨烯GO的水溶液，超聲處理后得到分散均勻的氧化石墨烯GO水溶液；

步驟二、將NiCl₂、Na₂PdCl₄、Co(NO₃)₂、Ce(NO₃)₃溶液加入到GO水溶液中，攪拌5～15min后，得到混合溶液A；