[发明专利]一种硼氢化钠催化水解供氢方法用催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及硼氢化钠催化水解供氢用高性价比催化剂及其制备方法，通过浸渍法或化学镀法，在硅藻土或泡沫镍载体上制备第一层Pd膜、Co膜、第二层Pd膜的高活性、高稳定性、低成本的钯/钴/钯夹层式催化剂，实现硼氢化钠高效催化水解催化方法供氢。

背景技术

人类的发展与能源息息相关。传统能源主体化石燃料的枯竭，生态环境的破坏，以及人类社会可持续发展的需要，急需研究和开发新能源。氢能因具有可存储、高效和清洁特性是理想新能源之一。氢能开发包括氢气的制取、存储和应用。高效安全的储氢技术是氢能开发和应用得以有效实施的关键环节。根据美国能源部(DOE)的估计，对于一个标准的质子交换膜燃料电池(PEMFC)汽车，行程480km大约需要氢气3.58kg，要求车载移动氢源的贮氢容量超过6wt％，体积比密度超过60kg·m^-3(H₂)。国际能源协会(IEA)要求移动氢源的贮氢容量大于5wt％，且放氢温度低于423K，循环寿命超过1000次。目前储氢方法包括压缩储存、液氢储存和金属氢化物储存等。由于压缩储存、液氢储存的安全性低、能耗高等原因，不适用于大规模车载储氢。相比而言，金属氢化物因具有压力低、安全性高等特点已广泛用于氢的贮存和运输、有机化合物氢化反应的催化剂和镍氢电池等领域。然而，目前所有金属氢化物的重量贮氢容量均不超过2wt％，远低于移动氢源对储氢量的要求，因此需探索和开发新型的车载移动储氢供氢方法。

硼氢化钠直接水解反应即可放出氢气，理论储氢容量高达10.8wt％，由于其水解反应热效应较低，产生的氢气中只含有少量的水蒸汽，纯度高，而成为目前一种新型化学储氢技术。但由于硼氢化钠直接水解反应速率快且不可控，氢气爆发式放出，存在放氢剧烈、放氢可控性、安全性差的缺点。研究发现，NaBH₄在3％molNaOH碱溶液中是稳定不发生水解反应放氢的，但在加入固态催化剂后，NaBH₄水解放氢反应即可发生，而当NaBH₄与催化剂分离后，放氢反应又立刻停止，从而实现NaBH₄水解放氢反应可控。因此，硼氢化钠催化水解供氢的技术核心是合成高催化活性、高稳定性的催化剂，而成本低又具有较高催化性能的催化剂，是硼氢化钠催化水解供氢技术的发展趋势。

硼氢化钠催化水解反应方程式如下：

硼氢化钠催化水解是发生在催化剂表面的多相反应，其过程可分为三部分：

1、硼氢化钠从碱溶液中传输至催化剂表面；2、在催化剂的作用下硼氢化钠在其表面反应，放出氢气；3、氢气和偏硼酸钠脱附，并传输出来。

催化剂催化活性及稳定性，是直接影响其使用寿命，是评价催化剂优劣的重要指标。由于硼氢化钠在氢氧化钠碱溶液进行催化水解放氢，因此评价催化剂氢氧化钠碱溶液存放过程中活性衰减的情况更为重要。本发明中合成的催化剂稳定性考察的存放介质是50g/l的NaOH溶液。

催化剂催化活性测试条件为：20g/lNaBH₄和50g/lNaOH混合溶液，30℃条件下加入催化剂进行催化放氢，以单位时间内每克催化剂(包括载体与催化活性组分的总重量)放出标准状态下氢气体积量，表征催化剂的催化活性，催化剂催化活性单位为mlH₂/g cat.

发明内容

本发明的目的是提供一种硼氢化钠催化水解供氢方法用催化剂，是结合硼氢化钠催化水解的性质，并基于高性价比的目标，分别以硅藻土或泡沫镍为载体，制备硼氢化钠催化水解供氢方法用硅藻土/钯/钴/钯或泡沫镍/钯/钴/钯两种催化剂。

本发明的再一个目的是提供一种硼氢化钠催化水解供氢方法用催化剂的制备方法。

为实现上述目的，本发明采取以下的技术方案：

一种硼氢化钠催化水解供氢方法用催化剂，该催化剂是以硅藻土或泡沫镍为载体，并在该载体上由里到外依次包覆第一层Pd膜、Co膜、第二层Pd膜，其中，第一层Pd膜中的Pd为硅藻土或泡沫镍的1.5～2重量％；Co膜中的Co为硅藻土或泡沫镍的6.8～7.2重量％；第二层Pd膜中的Pd为硅藻土或泡沫镍的1.5～2重量％。