[发明专利]一种用于氨硼烷水解制氢的Ni-CeO2@graphene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催化氨硼烷水解制氢的石墨烯负载非贵金属Ni-稀土金属氧化物CeO₂（Ni-CeO₂graphene）复合纳米催化剂的制备方法，属于储氢材料领域。

技术背景

进入21世纪以来，能源与环境问题是人类社会实现可持续发展所面临的主要问题。目前所使用的化石燃料（石油、天然气、煤等）是不可再生能源，地球上存量有限。随着汽车等现代化交通工具的快速普及，环境恶化和能源危机迫在眉睫。能源与环境问题已成为制约全球发展的主要原因，世界各国都在寻找新的替代能源。氢能具有清洁、高效、安全、无污染等特点，被认为是未来最有发展的前景能源之一。

氨基硼烷（NH₃BH₃，AB）是目前得到密切关注的一种新型氢化物储氢材料，它具有很高的储氢质量分数（19.6 wt%）和储氢密度（0.145 kgH₂/L），远超过美国能源部2015年的目标值（9.0 wt%和0.082 kgH₂/L），是一种很有发展前景的储氢材料。氨硼烷的水溶液在室温下非常稳定，室温下氨硼烷水解制氢必须使用催化剂。常用的催化剂主要有Pt、Pd、Rh、Ru等贵金属基催化剂(Journal of Power Sources 168(2007) 135-142)。但是贵金属储量稀少，价格昂贵，限制了其实际应用。因此，实现氨硼烷水解制氢的实际应用需要制备出廉价高效的催化剂。

目前，已有一些文献及专利报道了采用非贵金属纳米催化剂。如文献（Journal of Power Sources 163(2006) 364-370）报道负载型的Co、Ni、Cu对氨硼烷水解制氢具有催化活性,但是存在着催化反应活性和放氢速率不高的问题。中国专利CN102513125A提出含有贵金属的AgCoNi纳米粒子作为催化氨硼烷水解制氢催化剂，由于该催化剂含有贵金属Ag限制了其在实际生产中的应用。中国专利CN102500377A采用非贵金属FeCo合金作为催化氨硼烷制氢的催化剂，反应活化能较低，但是该发明方法合成的金属纳米粒子由于具有磁性，并且没有采用载体或者表面活性剂进行分散，粒子相互之间容易聚集，因而容易降低其催化性能导致循环使用性能较差，限制其在实际生产中的应用。总之目前已报道的非贵金属催化剂普遍存在催化反应活性和稳定性低的问题。因此寻找低成本、高催化活性及高稳定性的催化剂是使氨硼烷成为实用性储氢载体的关键。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于氨硼烷水解制氢的石墨烯负载非贵金属Ni-稀土金属氧化物CeO₂复合纳米催化剂及其制备方法。

该催化氨硼烷水解制氢为石墨烯负载的非贵金属Ni-稀土金属氧化物CeO₂复合纳米催化剂（Ni-CeO₂graphene）.

本发明所述的石墨烯负载非贵金属Ni -稀土金属氧化物CeO₂（Ni-CeO₂graphene）复合纳米催化剂结构以及微观形貌由TEM和HRTEM表征；元素成分由EDS分析；催化剂的性能由氨硼烷水解放氢测试表征。

本发明所述的石墨烯负载非贵金属Ni -稀土金属氧化物CeO₂（Ni-CeO₂graphene）纳米催化剂是以石墨烯为载体，以非贵金属Ni和稀土金属氧化物CeO₂为活性组分所组成的，由于非贵金属与稀土金属氧化物之间的相互协同作用，使得催化剂有很高的催化活性，对氨硼烷水解具有潜在的应用价值。与传统的单金属催化剂相比，稀土元素掺杂，使得合成的单金属催化剂的催化性能得到了极大的提升。

本发明所述的石墨烯负载非贵金属Ni -稀土金属氧化物CeO₂（Ni-CeO₂graphene）复合纳米催化剂，具有粒径小、比表面积大、催化活性位点多等优点，在室温下催化氨硼烷水解表现出非常优异的催化活性，其TOF（翻转频率）值达到了53.6 mol H₂ mol catalyst^-1 min^-1，成为目前用单一非贵金属催化剂催化氨硼烷水解制氢反应活性最高的催化剂，是一种具有类贵金属催化活性的非贵金属催化剂。同时催化剂经过5次循环测试，催化氨硼烷水解制氢产率仍为100%。因此，此类催化剂成本低廉、资源丰富、性能优异、稳定性好，是一种很有发展前景的催化剂。