[發明專利]一種晶面調控的負載型納米合金催化劑及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 202110548456.1
• 申請日: 2021-05-19
• 公開（公告）號: CN113398950B
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 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;B01J35/00;B01J37/10;B01J37/16;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

本發明公開了一種晶面調控的負載型納米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載體相，所述金屬合金活性相以納米顆粒形式彌散分布于金屬氧化物載體相表面，所述金屬氧化物載體相選擇性的暴露出(111)、(200)、(220)的晶面中的一至兩種。通過不同的水熱條件合成出具有不同形貌的氧化物載體，使其暴露出不同的晶面；隨后將兩種不同的金屬前驅體鹽吸附在氧化物載體上，所得產物在還原性氣氛下進行熱處理反應，得到高分散負載型納米合金催化劑。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，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，具體涉及一種晶面調控的負載型納米合金催化劑及其制備方法與應用。

背景技術

能源與環境是人類賴以生存和發展的基礎。隨著經濟全球化的不斷深入發展，人類對能源的需求達到了一個前所未有的階段。因此，發展可持續的清潔能源已成為關乎人類可持續發展的重大課題。氫是一種清潔高效的可再生能源，易于實現氫/電轉換，在緩解化石能源減少、環境污染巨大壓力的進程中，有望扮演極為重要的角色。但從技術層面，實現氫能的規模化產業應用需構建包括制氫、儲氫、用氫等環節在內的完整氫能產業鏈，其中儲氫環節因須同時滿足儲氫密度、操作條件、安全性、成本等方面的苛刻技術指標而最具挑戰性，被公認為制約氫能應用的“瓶頸”。直至2000年前后，化學儲氫技術的興起為突破儲氫“瓶頸”提供了契機。在各種備選的化學氫化物中，水合肼(N₂H₄·H₂O)因其綜合性能優勢與獨特的分解反應行為而成為各國學者關注的熱點。N₂H₄·H₂O具有質量儲氫密度高(8.0wt％)、材料成本低(2$/L)、化學穩定性良好等優點，特別是其分解反應不產生固體副產物及有害氣體，頗具移動氫源應用潛力。

N₂H₄·H₂O分解制氫體系作為一種具有極高應用潛力的化學可控制氫體系，開發具有低成本、高活性、高穩定性的催化劑來選擇性地促進N₂H₄·H₂O分解生成H₂和N₂的生成同時抑制副反應NH₃和N₂的發生是N₂H₄·H₂O催化分解制氫的關鍵。研究發現，由貴金屬(如Pt和Ir)和非貴金屬(如Ni、Co和Fe)組合而成的負載型雙金屬合金催化劑在催化N₂H₄·H₂O分解制氫活性和選擇性方面均表現出優異的性能。但是負載型催化劑的研究多集中在金屬氧化物納米顆粒上。納米材料的催化性能不僅與納米顆粒尺寸、形狀有關，還與其暴露的晶面以及表面原子的類型及合金顆粒的分布狀態密不可分。通過對金屬氧化物的形貌結構進行控制，形貌依賴型納米催化的概念不僅可以從根本上理解結構-性能的關系，而且對設計和制備高效催化劑具有重要意義。

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負載型納米合金催化劑及應用。本發明催化劑具有高本征催化活性、豐富的活性位點。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晶面調控負載型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：

一種晶面調控的負載型納米合金催化劑，所述催化劑包括金屬合金活性相和金屬氧化物載體相，所述金屬合金活性相以納米顆粒形式彌散分布于金屬氧化物載體相表面，所述金屬氧化物載體相選擇性的暴露出(111)、(200)、(220)的晶面中的一至兩種。