[發明專利]一種金屬載體強相互作用下的高效產氫催化劑及制備方法

在審

• 申請號: 202110652199.6
• 申請日: 2021-06-11
• 公開（公告）號: CN113385206A
• 公開（公告）日: 2021-09-14
• 發明（設計）人: 范燕平;卞琳艷;劉寶忠
• 申請（專利權）人: 河南理工大學
• 主分類號: B01J27/22
• 分類號: B01J27/22;B01J35/00;B01J35/02;B01J37/00;C01B3/06
• 代理公司: 北京律譜知識產權代理事務所(普通合伙) 11457
• 代理人: 黃云鐸

本發明公開了一種金屬載體強相互作用下的水解產氫催化劑及制備方法。本發明解決了Pd基催化劑催化氨硼烷產氫效率較低，催化劑成本較高的問題。本發明的alk?Ti₃C₂MXene?Pd負載型催化劑是由堿化后的二維層狀Ti₃C₂MXene和負載在片層上的納米球狀顆粒Pd單質組成。本發明方法包括：將alk?Ti₃C₂MXene分散在CH₃OH中，和Pd(OAc)₂的CH₃OH溶液混合，持續攪拌，使Pd離子充分吸附并錨定在alk?Ti₃C₂MXene表面，并發生還原反應。反應結束后，離心分離并干燥，得到金屬載體強相互作用的alk?Ti₃C₂MXene?Pd負載型催化劑。本發明提供了一種操作簡單，條件溫和，環境友好，合成溫度低，易大規模生產的alk?Ti₃C₂MXene基復合材料催化劑。

技術領域

本發明氫能源領域，具體涉及alk-Ti₃C₂MXene復合負載型催化劑制備方法及氨硼烷水解產氫領域。

背景技術

能源是社會發展的基礎，隨著人們生活水平的提高，對能源的需求也在與日俱增。由于傳統化石燃料儲量有限，且帶來了嚴重的環境問題，因此，尋找新型清潔可再生能源變得尤為重要。其中氫氣由于具有產物環境友好和能量密度高等優點而備受關注。然而，如何安全有效的存儲和運輸氫是急需解決的問題。在常見的儲氫材料中，氨硼烷(NH₃BH₃)質量儲氫密度為19.6％，室溫穩定性好，無毒，水解制氫裝置安全便捷，是合適的制氫材料。氨硼烷制氫的方式有三種，分別是固態熱分解、醇解和水解。相比于熱解和醇解制氫，水解制氫在常溫常壓條件下，使用催化劑催化即可進行，具有成本低、放氫速率快且清潔無污染等優點。在水溶液中，氨硼烷分子吸附在催化劑表面，在水分子的進攻下，B-N鍵斷裂，氨硼烷中的H與水分子中的H結合形成H₂。迄今為止，貴金屬(如Pt、Pd、Ru)是作為催化制氫最主要的催化劑，然而它的高成本和稀缺性限制了其在實際生產中的應用。為減少用量，降低成本，催化劑的設計更傾向于負載型。而負載型催化劑中的載體材料在催化氨硼烷分解制氫機制中起著至關重要的作用。載體的織構特征決定著貴金屬的顆粒尺寸及分布，且載體與貴金屬納米顆粒之間的強相互作用可以更加有效的改善氨硼烷分解制氫的性能。目前貴金屬催化劑中Pd應用廣泛，對于氨硼烷的催化活性較高，但缺點為制備顆粒尺寸較大，易團聚，導致催化活性降低，所以選擇一種合適的載體材料顯得尤為重要，傳統的碳基載體材料，雖然有良好的導電性，但其穩定性較差，且催化過程中載體與催化劑之間缺乏更有效的相互作用。

自從2011年報道第一個MXene以來，MXene已成為一種極具發展前景的二維材料，它是只有單個或幾個原子厚度的二維過渡金屬碳化物或氮化物晶體，其化學式為M_n+1X_n(n＝1，2，3，M為過渡金屬元素，X為碳或氮元素)。它是由三元層狀陶瓷MAX移除A元素后得到的MX二維晶體，A一般為硅或者鋁元素。其中Ti基MXene(Ti₃C₂MXene)研究較多，它具有電子傳遞速率快、界面相互作用強等優點。目前Ti₃C₂MXene主要應用于電化學氧化及傳感器檢測領域。

發明內容