[发明专利]一种高循环稳定性的自保护纳米钴催化剂

说明书

技术领域

本发明涉及一种通过金属-金属离子可逆转变法制备高循环稳定性的自保护纳米钴催化剂。 

背景技术

随着能源危机的产生和温室效应气体(二氧化碳、甲烷等)被大量排入到环境大气中，寻找一个可替代的清洁新能源变得非常重要。氢能作为一种丰富、可再生、无污染的能源便浮出水面来了。因此，在通向氢能源社会的过程中，寻找一种高效、安全的储氢材料便成为最困难的挑战。硼胺(NH₃BH₃，AB)由于高含氢量(19.6wt％)、高溶解性、无毒性和稳定性，可以作为一种非常有潜力的储氢材料。然而AB作为储氢材料被大量应用的一个最大障碍便是找到一种简单、高效、经济并且循环稳定性好的催化剂，来进一步改进在适当条件下其放氢动力学性能。 

相对于普通大块催化剂材料，纳米催化剂材料由于拥有大的表面体积比和高的催化活性，已经被大量的应用在很多重要的化学反应中。纳米催化剂材料的一个重要目标是使其拥有高的选择性、优良的催化活性、强的反应稳定性和低成本等性能。 

在很多重要反应中，钴元素(Co)相对于贵金属元素的非贵金属，不仅在地壳中含量丰富，而且相对于贵金属元素来说，它具有较低成本，并且在很多重要反应中如：合成高碳(C3或者更高)醇反应、脱氢反应、氢气和氧气制备反应等，都具有很好的催化活性，因此作为催化材料受到了越来越多的关注。然而，Co纳米颗粒相对于贵金属颗粒而言在空气中更容易氧化，会导致催化剂颗粒的氧化钝化和较差的循环稳定性，尤其是当两次循环反应时间间隔比较长时，这就大大的限制了它的实际应用。近来，克服这个问题的主要方法是在Co纳米颗粒的表面加上一层稳定的包裹材料，比如硅、碳、过渡金属氧化物等；或者是在惰性气体下应用和储存纳米Co催化剂。可是这些方法存在着或多或少的缺点，比如稳定的外层包裹材料占据了Co催化剂的活性位，使其催化活性降低；惰性气体保护下，催化剂合成和应用的复杂性和高成本等。综上所述，寻找一种简单且有效的新方法用以避免Co纳米催化剂的长时间使用的活性降低的问题就显得非常有意义了。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种该催化剂为通过金属(Co)-金属离子(Co²⁺)自由可逆转变法制备高循环稳定性的自保护纳米Co催化剂。所述的高循环稳定性的自保护纳米钴催化剂，在室温空气环境中，纳米金属Co催化AB水解产生氢气反应后，通过氧化刻蚀溶液中的Co纳米颗粒，使其转换为Co²⁺离子，而Co²⁺离子能够在溶液中长期保存，实现催化剂的自保护功能；然后再通过硼氢化钠(NaBH₄)和AB将Co²⁺离子迅速的还原为Co纳米颗粒，实现催化剂的循环使用；而再生的Co纳米催化剂颗粒拥有和初始Co纳米催化剂颗粒相同的高催化活性。 

本发明的技术方案是： 

一种高循环稳定性的自保护纳米钴催化剂，所述纳米钴催化剂通过以下方法制备： 

AB制氢过程所需化学药品的选择：硼胺AB，六水氯化钴CoCl₂·6H₂O，硼氢化钠NaBH₄和氨水H₅NO，纳米Co催化剂颗粒制备的具体步骤如下： 

步骤一，将0.01～0.05mmol的CoCl₂·6H₂O溶解于2～10mL的蒸馏水中，得到粉红色的CoCl₂水溶液； 

步骤二，将30～70mg的AB和5～30mg的NaBH₄溶解于2～10mL的蒸馏水中； 

步骤三，将步骤二中的溶液加入到步骤一的溶液； 

步骤四，在10-40℃下，将步骤三所得的溶液在空气中磁力搅拌均匀，可看到有黑色的悬浮颗粒产生，黑色悬浮颗粒即为Co纳米金属催化剂； 

步骤五，通过气体量管测量步骤四中产生的氢气，水解制氢方程式为： 

AB+2H₂O=NH₄⁺+BO₂^-+3H₂； 

步骤六，在10-40℃下，步骤四溶液产生氢气结束后，将黑色悬浮液在空气中磁力搅拌10-200min后，黑色悬浮液变成了粉红色液体，该粉红色的液体便是CoCl₂溶液；