[发明专利]一种用于肼硼烷产氢的NiPt@RGO复合纳米催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明方法涉及一种用于一种用于肼硼烷产氢的NiPt@RGO复合纳米催化剂及其制备方法，属于储氢材料领域。

技术背景

随着能源危机和环境污染问题越来越严重，寻找洁净的可持续的替代能源已经成为材料科学领域研究的一个热点问题。氢气具有清洁、高效、安全、无污染等的优点而成为化石燃料的理想替代者。国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006年-2020年）中“氢能及燃料电池技术”被部署为前沿技术予以重点支持，其中制氢技术为重点研究内容之一。氢气的制备是氢能应用的基础，几十年来，虽然氢能一直在发展，但到现在为止，都还没有真正的应用，仍然停留在实验研究阶段。最主要的原因之一就是氢气的制造问题。发展新型高效安全的储氢材料和制氢技术是当前研究的热点和必需解决的关键技术问题。

高储氢含量的轻质配位氢化物具有高储氢质量分数和体积储氢密度，因其在放氢性能方面的显著优势，引起了学术界和工业界广泛的兴趣。目前对于氨硼烷（NH₃BH₃）和肼（N₂H₄）是两种含氢密度非常高的新型化学氢化物储氢材料的研究已经非常深入，被认为是极具应用前景的储氢材料，引起了国际上工业界和学术界的广泛关注。

肼硼烷（N₂H₄BH₃），一种类似于氨硼烷结构的分子固体，储氢含量为15.3 wt. %。这种材料，肼基取代了氨基，结合了氨硼烷（NH₃BH₃）和肼（N₂H₄）两者的优点，是一种很有希望在环境温度下完全催化分解制备氢气的新型化学储氢材料，因此肼硼烷无疑将会是一种非常有应用前景的储氢材料。至今为止，对于肼硼烷的热分解脱氢已经有文献报道（J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 7444），然而热分解脱氢的方法却存在需消耗大量能量并且不能使其完全放出氢气的问题。此外催化水解或醇解脱氢的方法也有几例文献报道（Int. J. Hydrogen Energy 2012, 37, 9722; Dalton Trans. 2012, 41, 4912.），但是几乎全部报道过的纳米催化剂都不能使肼硼烷完全脱氢且催化活性都很低。

肼硼烷的催化脱氢分为两步，第一步是-BH₃基团的水解脱氢如方程式（1），第二步是肼基团N₂H₄的裂解，如方程式（2），其中第二步裂解伴随着副反应发生产生氨气如方程式（3）（4）所示，氨气的存在是不利于实际应用的，避免副产物氨气的产生（如方程（5）所示）是研究肼硼烷水解脱氢首要解决问题之一。对于所选用的催化剂不仅仅需要对-BH₃基团的水解有活性，也要对肼基团N₂H₄的裂解具有催化活性，因此寻找一种对于肼硼烷脱氢具有较高催化性能的催化剂仍然是此领域较有挑战性的工作。

N₂H₄BH₃(s) + 3H₂O(l) → N₂H₄(l) + B(OH)₃(l) + 3H₂(g)    (1)

αN₂H₄(l) →αN₂(g) + 2αH₂(g)          (2)

(1-α)N₂H₄(l) → 4(1-α)/3NH₃(g) + N₂(g)   (3)

N₂H₄BH₃(l) + 3H₂O(l) → B(OH)₃(l) + (3+2α)H₂(g) + (2α+1)/3N₂(g) + 4(1-α)/3NH₃(g)                                       (4)