[发明专利]一种用于分解水合肼制备氢气的催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于催化剂合成领域，具体是一种用于分解水合肼制备氢气的催化剂及其制备方法。

背景技术

近年来，由于化石燃料的大量使用和环境的日益恶化，氢气作为一种清洁无污染的能源受到关注。氢气的燃烧产物是水，不会对环境造成破坏，并且氢气的燃烧热值高，氢气的燃烧热值是汽油的3倍，酒精的3.9倍，焦炭的4.5倍。氢能利用主要包括氢的廉价制取、安全高效储运和规模应用。氢气作为一种高效能源至今没有商业化，根本的制约在于氢气大容量储运问题没有解决。化学储氢材料通过化学反应或化学变化生成含氢化合物，储氢密度远大于高压气态储氢和低温液态储氢，且安全性好，是未来储氢材料发展的重点。常用的化学储氢方式主要有金属合金储氢、配位氢化物、有机液体等。首先是金属氢化物，这类储氢方式储氢合金储氢量较高，价格低廉，但其仍存在过于稳定、加脱氢动力学性能差等问题；配位氢化物含有丰富的轻金属元素，储氢密度较高，但存在可逆循环性能差的问题，限制了其应用。液体有机物储氢量高，还可以像汽油一样在常温常压下运输，且水合肼、肼硼烷、氨硼烷、环己烷、苯等液体有机储氢介质均为工业上可以大规模生产的化学品，因此亟待开发出高稳定性、高转化率和高选择性的脱氢催化剂。

水合肼是一种含氢量高达8％的有机化合物，且在常温常压下呈液态，易于储存运输，使用水合肼作为储氢材料具有宽广的应用前景。目前合成稳定持久的催化剂，对其进行高效安全的催化脱氢是走向实际应用的关键。2010年，Xu.Q等人合成了镍-铱双金属催化剂，该催化剂在室温下表现出催化降解水合肼的相对高活性(转化频率TOF＝2.2h^-1)以及对氢气的100％选择性。之后Xu.Q等人相继合成了镍-钯、镍-铂双金属催化剂，其中镍-铂催化剂在常温下(25℃)催化降解水合肼100％的氢气选择性及2.8H^-1的转化频率(TOF)；而镍-钯催化剂的氢气选择性只有82％。2014年，He.L等用铂对负载在氧化铝载体上的镍进行改性，得到镍-铂/氧化铝催化剂，在对水合肼的催化降解反应中，氢气选择性为100％，转化频率提高到了16.5h^-1。上述催化剂都参杂了贵金属(铱、钯、铂)，但是贵金属价格昂贵，资源稀有，会大大影响催化剂的经济性和实用性，有些催化剂(镍-钯)的氢气选择性偏低，在一定程度上阻碍了水合肼作为储氢材料在实际商业工业中的应用。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提出一种用于分解水合肼制备氢气的催化剂及其制备方法，采用共还原法在常温条件下一步合成，过程简单，制得的镍铈钼颗粒粒径均匀，对水合肼具有高效彻底的催化降解作用。

本发明解决所述催化剂技术问题的技术方案是，提供一种用于分解水合肼制备氢气的催化剂，其特征在于所述催化剂由镍、铈、钼组成，其结构式为Ni_xCe_yMo_z，其中x：y：z＝5-9：1-5：0-10，优选为x：y：z＝5-9：1-5：0.1-10。

本发明解决所述制备方法技术问题的技术方案是，提供一种本发明所述分解水合肼制备氢气的催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)溶液配制：在室温常压下，用镍源前驱物和铈源前驱物配置成溶液A；用钼源前驱物配置成溶液B；用还原剂配置成溶液C；所述镍源前驱物、铈源前驱物与钼源前驱物的物质的量之比为5-9：1-5：0-10，优选为5-9：1-5：0.1-10，进一步优选为9:1:2.5。

(2)反应：先把溶液B加入到过量溶液C中，然后立即加入溶液A，在室温常压下搅拌5-20分钟，得到用于分解水合肼制备氢气的催化剂。

所述镍源前驱物为六水氯化镍、六水硝酸镍、七水硫酸镍或四水乙酸镍；所述铈源前驱物为七水氯化铈、四水硫酸铈或醋酸铈水合物；所述钼源前驱物为钼酸钠、四水钼酸铵或钼酸钾。

所述还原剂为硼氢化钠或硼氢化钾。