[發明專利]一種低溫制氫催化劑及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202210260645.3
• 申請日: 2022-03-16
• 公開（公告）號: CN114618515A
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 胡松;何立模;謝玉仙;任強強;熊哲;韓亨達;江龍;汪一;蘇勝;向軍
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: B01J23/889
• 分類號: B01J23/889;C01B3/32
• 代理公司: 北京輕創知識產權代理有限公司 11212
• 代理人: 朱曉彤

本發明屬于低溫制氫技術領域，具體涉及一種低溫制氫催化劑及其制備方法和應用。該方法包括以下步驟：1)獲取潔凈的具有高電阻率的泡沫金屬板；2)制備負載Mn和Co的泡沫金屬板；3)在所述負載Mn和Co的泡沫金屬板上原位生長納米碳成分，得到待純化催化劑材料，其中，Mn和Co分散在納米碳成分的表面，納米碳成分負載在泡沫金屬板上；4)將所述的待純化催化劑材料進行純化，得到所述的低溫制氫催化劑。泡沫金屬板和納米碳材料具有優異的導熱和導電性能，在泡沫金屬板兩端通電發熱，熱量和電流同時作用于分散在納米碳材料上的Mn?Co活性位上，從而發生熱?電協同催化制氫反應。

技術領域

本發明屬于低溫制氫技術領域，具體涉及一種低溫制氫催化劑及其制備方法和應用。

背景技術

在碳達峰和碳中和的背景下，大力發展氫能是減低二氧化碳排放的重要途徑。氫氣作為二次能源，在自然界不存在，需要通過二次轉化制備。通過催化重整反應將醇類(甲醇、乙醇)等有機物轉化為氫氣是制備綠色氫氣的重要方法，是眾多研究者關注的焦點。研究表明，在催化重整反應中主要面臨兩個問題：1.催化重整反應為強吸熱反應，需要提供大量的外在熱源；2.催化劑上容易生成積碳，特別是在600℃以上的反應溫度，導致催化劑快速失活，降低氫氣產量。為了保證制氫系統的經濟性和穩定性，降低催化反應溫度對抑制積碳生成和減小外在熱源能耗兩個方面上都有顯著的效果。部分研究者開展了低溫催化重整制氫的方法探究，主要以制備單原子催化劑、貴金屬復合催化劑為主，雖然降低了催化溫度，但催化溫度仍然偏高；且貴金屬催化劑制備成本高，限制了工業化應用。

發明內容

為解決現有技術的不足，本發明提供了一種低溫制氫催化劑及其制備方法和應用。本發明提供的自生長納米碳材料分散Mn-Co基復合金屬催化劑，其具有熱-電協同催化的雙重強化作用，從而提升Mn-Co基催化劑的低溫反應活性，實現了甲醇催化重整制氫反應溫度降低至100～150℃區間內。

本發明所提供的技術方案如下：

一種低溫制氫催化劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)獲取潔凈的具有高電阻率的泡沫金屬板；

2)制備負載Mn和Co的泡沫金屬板；

3)在所述負載Mn和Co的泡沫金屬板上原位生長納米碳成分，得到待純化催化劑材料，其中，Mn和Co分散在納米碳成分的表面，納米碳成分負載在泡沫金屬板上；

4)將所述的待純化催化劑材料進行純化，得到所述的低溫制氫催化劑。

上述技術方案中，泡沫金屬板和納米碳材料具有優異的導熱和導電性能，在泡沫金屬板兩端通電發熱，熱量和電流同時作用于分散在納米碳材料上的Mn-Co活性位上，從而發生熱-電協同催化制氫反應。

具體的，所述步驟2)包括以下步驟：

2a)將步驟1)得到的所述泡沫金屬板在Mn鹽和Co鹽的混合液中進行浸漬；

2b)將浸漬后的材料進行疏孔；

2c)將疏孔后的材料依次進行干燥、煅燒和還原以進行活化，得到負載Mn和Co的泡沫金屬板。

具體的：

步驟2a)中，Mn鹽選自醋酸錳、硝酸錳或氯化亞錳中的任意一種；Co鹽選自硝酸鈷或氯化鈷中的任意一種；Mn和Co的總的摩爾濃度為0.01～0.5mol/L；在超聲波條件下進行浸漬，浸漬時間為1～2小時；

步驟2c)中，在空氣條件下煅燒，煅燒溫度為500℃～700℃，煅燒時間為1～3小時；在還原氣氣氛下還原，還原溫度為500℃～700℃，還原時間為1～3小時。