[发明专利]用于产生氢气的金属氧化物催化剂及制备该金属氧化物催化剂的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于从金属硼氢化物产生氢气的金属氧化物或混合金属氧化物催化剂。本发明还涉及以下方法：制备、烧结、活化金属氧化物催化剂，再生失活(去活化，deactivate)的金属氧化物催化剂，以及将催化剂用于在各种化学体系上的氧化反应。

背景技术

过渡金属氧化物已用作各种化学方法如氧化(美国专利第6,124,499号)、NO_x处理(美国专利第6,916,945号)、烷烃的氧化和氨氧化(美国专利第6,777,571号)、酯交换(美国专利第5,350,879号)以及甲烷的氧化偶联(美国专利第4,826,796号)中的催化剂。然而，据我们所知，金属氧化物或混合金属氧化物还未得到研究或用于从金属硼氢化物溶液产生氢气的应用。总的说来，金属氧化物的催化活性与制备条件、电子结构、结晶度、氧化态、表面积等紧密相关。此外，仔细控制金属氧化物的表面结构、组成、相或颗粒大小对于不同的化学催化可以起到关键的作用。

氢气是基本气体之一，在合成化学公司中对其的需求很大。在清洁能源方面，将氢气用于燃料电池、氢气内燃机、涡轮机等已获得许多关注。由于最近对氢气增加的需求，所以已经开发了氢气储存系统的几种不同方法，其包括压缩或液化的氢气H₂吸附在碳纳米管、活性炭、或金属或混合金属合金上。压缩或液化的H₂相对容易控制H₂流速和压力，但涉及潜在的安全问题。用于H₂储存的吸附方法还具有许多问题，包括每单位体积的低氢气密度、材料的劣化、以及对H₂产生的慢响应时间等。最近，利用催化剂从硼氢化物水溶液产生氢气已在科学界激起许多兴趣，因为它不仅在正常操作条件下是稳定的，而且以安全和可控制的方式释放氢气。

已广泛知道，借助于酸、过渡金属、或它们的盐并通过硼氢化钠的水解能产生氢气(Kaufam，C.M.and Sen，B.，J.Chem.Soc.Dalton Trans.1985，307-313)。美国专利第6,534,033号披露了使用过渡金属催化剂以从稳定的金属硼氢化物溶液产生氢气。那些金属催化剂，如负载(担载，support)在各种支撑物(基质，载体，substrate)上的钌、铑、或钴金属表现出对产生氢气(氢气发生，制氢，hydrogengeneration)的高活性。基于未发表过的试验，其它金属催化剂，包括银、铁、镍、铜等在室温下对于产生氢气经常是无活性的或较少活性的。某些金属催化剂如铜和镍在600-800℃下在氮气中加热以后显示出改善的活性。对于在各种用途中的一次性使用，使用高性能金属催化剂，如钌、铑或铂，是成本过高的。

根据最近的出版物(Kojima，Y.et al.，Int.J.Hydrogen Energy，2002，27，1029-1034)，Toyota Central R&D Laboratories，Inc.报道了，包含铂和LiCoO₂的催化剂对于产生氢气具有高催化活性，这是由细碎的铂金属在金属氧化物骨架上的协同效应引起的。然而，此系统仍然使用贵金属如铂，其由于高生产成本而对于实际应用没有吸引力。从实用角度考虑，具有低生产成本的用于产生氢气的高性能催化剂是非常有利的。

发明内容

技术问题

本发明提供了一种具有高产生氢气效率和低制造成本的用于产生氢气的催化剂。

本发明还提供了一种制备具有高产生氢气效率和低制造成本的用于产生氢气的催化剂的方法。

本发明还提供了另一种制备具有高产生氢气效率和低制造成本的用于产生氢气的催化剂的方法。

本发明还提供了一种再生用于产生氢气的失活催化剂的方法。

技术方案

根据本发明的一个方面，提供了一种包括一种或多种金属氧化物的产生氢气的催化剂。

根据本发明的另一个方面，提供了一种从金属源制备产生氢气的催化剂的方法，该方法包括在空气或臭氧中在约200至约1200℃的温度下对金属进行氧化。

根据本发明的另一个方面，提供了一种从金属化合物制备金属氧化物催化剂的方法，该方法包括通过加热来分解金属化合物。

根据本发明的另一个方面，提供了一种再生用于产生氢气的失活的金属氧化物催化剂的方法，该方法包括：

(a)对溶剂中的催化剂进行声处理；

(b)用溶剂洗涤催化剂；以及

(c)在约200-1200℃下加热催化剂。

附图说明