[發明專利]一種制備介孔碳負載的金屬氮化物的方法及應用

有效

• 申請號: 202211265454.2
• 申請日: 2022-10-17
• 公開（公告）號: CN115501899B
• 公開（公告）日: 2023-06-20
• 發明（設計）人: 王忠;李學兵;梁道通;李雙菊;王達;張潘婷
• 申請（專利權）人: 中國科學院青島生物能源與過程研究所
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;B01J35/10;C01B3/04
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 高笑;何薇

本發明涉及氨分解制氫技術領域，涉及一種通過抽濾法制備介孔碳負載的金屬氮化物的方法和在氨分解制氫中的應用。以含Ni和/或Fe的前驅體與介孔碳在含氮溶液存在下通過原位抽濾法獲得介孔碳負載的金屬氮化物，其中，金屬氮化物為NiNsubgt;x/subgt;、FeNsubgt;x/subgt;或NiFeNsubgt;x/subgt;。本發明制備的催化劑反應溫度低至390～550℃時氨可完全分解為氫氣和氮氣，穩定性較高；相對于貴金屬催化劑，價格較低，工業應用前景廣闊。

技術領域

本發明涉及氨分解制氫技術領域，涉及一種通過抽濾法制備介孔碳負載的金屬氮化物的方法和在氨分解制氫中的應用。

背景技術

隨著能源需求和環境保護要求的不斷提高，氫能作為二次能源，以其無污染、可重復利用、燃燒值高等優點備受青睞。氫氣可以通過燃料電池發電提供能量，使用過程中沒有CO_x和NO_x等污染物排放。然而，氫氣體積能量密度低，儲存成本高，運輸效率低。氨氣作為一種化學儲氫材料，具有含氫量較高、易液化、能量密度高等特點，被認為是理想的儲氫載體之一。因此，通過氨分解制氫被認為是較為理想的一種解決方案。在氨的催化分解過程中，尋找適宜的催化劑成為研究的重點。

目前，氨分解制氫催化劑主要包括鎳系、釕系和鐵系催化劑。釕基催化劑具有較高的氨分解活性，但是高負載量所導致的成本的增加始終是工業化應用的瓶頸。專利號為CN114570361A的中國專利發明了一種用于氨分解制氫Ru基催化劑及其制備方法，所述活性組分為貴金屬釕，所述載體為碳層包覆二氧化硅，其最優催化劑500℃時，氨分解率僅為61.8％，低溫活性較差，且催化劑在連續催化50h后，氨分解率顯著降低，穩定性較差，限制了氨分解制氫技術的大規模應用。

發明內容

本發明要解決的是上述催化劑成分較多，制備方法復雜的難題，提供一種通過抽濾法制備介孔碳負載金屬氮化物的方法及在氨分解制氫中的應用。

為實現上述目的，本發明采用技術方案為：

一種制備介孔碳負載的金屬氮化物的方法，以含Ni和/或Fe的前驅體與介孔碳在含氮溶液存在下通過原位抽濾法獲得介孔碳負載的金屬氮化物，其中，金屬氮化物為NiN_x、FeN_x或NiFeN_x。

具體為：

(1)將含Ni和/或Fe的前驅體溶解獲得前驅體溶液；

(2)將浸濕的過濾膜平鋪到布氏漏斗或砂芯漏斗上；

(3)將介孔碳平鋪到步驟(2)中浸濕的過濾膜上，再用稀硝酸將介孔碳濕潤；

(4)將步驟(1)中前驅體溶液緩慢加入到步驟(3)中；

(5)向步驟(4)中分別緩慢加入氨水和丙酮(質量比1：1)，開啟真空泵(壓力為-0.02Mpa)進行抽濾1min；將抽濾瓶中的液體緩慢加入到漏斗中，開啟真空泵(壓力為-0.04Mpa)進行抽濾1min；將抽濾瓶中的液體緩慢加入到漏斗中，同時緩慢加入丙酮(質量為第一次加入丙酮質量的1/2)，開啟真空泵(壓力為-0.08Mpa)進行抽濾1min；將抽濾瓶中的液體緩慢加入到漏斗中，同時緩慢加入氨水(質量為第一次加入氨水質量的1/2)，開啟真空泵(壓力為-0.08Mpa)進行抽濾1min；

(6)向步驟(5)漏斗中加入去離子水(約50mL)，開啟真空泵(壓力為-0.1Mpa)進行抽濾洗滌2min；

(7)將抽濾洗滌后的樣品冷凍干燥2h，80℃下真空干燥6h，再于550～700℃下煅燒4～8h，得到介孔碳負載金屬氮化物前驅體；