[发明专利]非晶三元合金/石墨烯复合催化剂及其在硼氢化合物水解中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及非晶三元合金/石墨烯复合催化剂的应用，具体是一种非晶三元合金/石墨烯复合催化剂及其在硼氢化合物水解中的应用。

背景技术

能源是国民经济的命脉，随着全球性常规能源资源的日益枯竭以及大量利用化石能源带来的一系列环境问题，人类必须寻找可持续发展的替代能源，开发利用清洁、绿色新能源无疑是最终出路。氢能作为洁净、理想的二次能源，是当前能源科学界的研究的重中之重，然而，氢的储存与制备技术仍然是制约氢能商业化应用的关键技术。硼氢化物水解制氢近年来受到广泛关注，其可以再温和条件下实现高纯度氢的释放，而且不会对环境造成污染。但硼氢化物的水解受到催化剂的制约，开发价格低廉的非贵金属催化剂成为硼氢化物水解的关键。因此新型非晶三元合金／石墨烯复合催化剂的发明对高效利用氢能有很重要的意义。

发明内容

本发明的目的是要提供一种非晶三元合金/石墨烯复合催化剂及其在硼氢化合物水解中的应用。

实现本发明目的的技术方案是：

一种非晶三元合金/石墨烯复合催化剂的制备方法，包括如下步骤：

（1）取一定量的CoSO₄或NiSO₄和一定量的ZnSO₄，加入到去离子水中；

（2）取一定量的石墨烯加入到上述溶液中，超声0.5-3h，pH值为5-7；

（3）配置0.05-2 mol/L的NaOH溶液，取一定量的NaBH₄加入NaOH溶液中：

（4）将步骤（3）的溶液用碱式滴定管缓慢地向步骤（2）溶液中滴加，并用磁力搅拌器对步骤（2）的溶液进行搅拌；

（5）滴加完成后，过滤、洗涤、干燥，

（6）在20-30%NaOH溶液中浸渍1h；

（7）过滤、洗涤、干燥，研磨得到非晶三元合金／石墨烯粉末。

上述非晶三元合金/石墨烯复合催化剂在硼氢化合物水解中的应用，是：

A）将所制备的催化剂分散到0.1M NaBH₄的5% NaOH溶液中，密封，通过恒温水浴控制溶液的温度；

B）将产生的氢气通过排水法收集，记录单位时间内产生的氢气的体积，得到放氢的速率。

本发明通过复合催化剂催化硼氢化物的水解；其可以在常温常压下实现催化水解，水解放氢的速率可达300 ml/min。

本发明的工作原理是：

金属离子在硼氢化物的作用下，被还原出来，控制反应条件，可以得到纳米金属离子，其具体的反应原理如下：本发明采用硼氢化钠作为还原剂，将Co、Zn、B从溶液中还原出来，并负载到石墨烯基体上。

BH⁻₄ + 2H₂O→BO⁻₂ + 4H₂↑

BH⁻₄ + 2Co²⁺ + 2H₂O→2Co + BO₂^- + 4H⁺ + 2H₂↑

BH₄^- + H₂O→B + OH⁻ + 2.5H²↑

所制备的纳米复合材料同时又可以作为硼氢化物的水解的催化剂。在浓碱液的作用下，Zn从合金中被腐蚀出来，从而在合金表面形成活性位置，进一步提高了复合材料的催化活性。

本发明的优点是：

1．可催化硼氢化物水解：本发明非晶三元合金负载的石墨烯复合材料作为催化剂，提高了催化效率，降低了成本；

2．应用效果好：所采用的催化剂分散性能好，能在水解的过程中，悬浮在溶液中，提高了催化剂与溶液的接触面积，提高了催化效率；

3．制备工艺简单，产品性能稳定：所制备的催化剂制备简单，适合大批量的制备，而且后处理工艺简单；

4．使用方便：将催化剂与反应液直接混合即可，而且操作简便，重现性好。

附图说明

图1为Co-Zn-B/石墨烯催化剂的扫描电镜图；

图2为Co-Zn-B/石墨烯催化剂的对NaBH₄的水解催化；

图3为本发明催化剂的循环使用曲线。

具体实施方式

实施例1：