[发明专利]一种氨分解制氢钌基催化剂及其制备方法

说明书

本发明属于纳米催化材料技术领域，特别涉及一种碳纳米管担载纳米钌基催化剂的制备方法。本发明所要解决的技术问题是提供一种制备碳纳米管担载均一尺寸纳米钌基催化剂的制备方法。该催化剂制备方法主要涉及两步：第一步，纳米钌胶体颗粒制备，主要采用长链有机胺作为溶剂和还原剂在一定温度和无氧条件下，将金属钌盐原位还原为金属钌；第二步，将纳米金属钌胶体溶液浸渍到碳纳米管载体表面。该催化剂由活性组分钌和碳纳米管载体组成。本发明提供的碳纳米管担载纳米钌基催化剂的制备方法简单可控，催化剂活性组分分散性好，并且氨分解催化活性高。

技术领域

本发明属于纳米催化材料技术领域，特别涉及一种氨分解制氢用碳纳米管担载纳米钌基催化剂及其制备方法。

技术背景

碳纳米管是一种典型的碳纳米材料，同时也是一种很有潜力的催化剂载体，具有较好的传导性、高的热稳定性、较高的比表面积和孔道结构以及良好的导热和电子传导性能。但由于其表面金属锚定位数量有限，不利于研制高分散的担载型金属催化剂。

近些年来基于胶体化学相关理论技术的发展，在纳米颗粒的合成上取得了许多进展，使得纳米金属颗粒尺寸和形貌在液相调控成为可能。采用液相还原反应，可以获得尺寸均一的钌纳米晶胶体溶液，避免以往常规合成的纳米颗粒尺寸分布不均匀，稳定性差，容易团聚等特点。另外，采用有机胺体系制备钌纳米晶胶体溶液，一方面避免了有毒性还原剂的使用，另一方面，制备出的钌纳米晶亲油性较好，颗粒不易团聚，纳米晶表面的有机物配体更容易去除，更易分散在正己烷当中。

鉴于常规浸渍法制备碳纳米管担载金属催化剂可能存在金属颗粒尺寸不均等缺点，采用液相还原法制备活性金属钌纳米胶体溶液并担载在碳纳米管载体上，所制备的碳纳米管担载的纳米钌基催化剂活性组分分散性好，比表面积大，在氨分解反应中能提供更多的活性位点以降低催化反应的活化能，有较高的活性和稳定性，因此在非均相催化反应中具有巨大的应用前景。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种氨分解制氢纳米钌基催化剂的制备方法，由活性组分和碳纳米管载体组成，活性组分为钌纳米颗粒，采用长链有机胺作为溶剂和还原剂，将钌的盐溶液还原为钌纳米金属并以该形式存在于催化剂中。本发明提供的碳纳米管担载纳米钌基催化剂的制备方法简单可控，催化剂活性组分分散性好，颗粒尺寸均一，并且在氨分解制氢反应中催化活性高，稳定性好。

本发明的技术方案：

本发明提供了一种氨分解制氢纳米钌基催化剂，由长链有机胺液相还原所制备的钌纳米胶体溶液浸渍到碳纳米管载体表面而成。

本发明提供的上述氨分解制氢纳米钌基催化剂的制备方法主要涉及两步：第一步，纳米钌胶体颗粒制备，主要采用长链有机胺作为溶剂和还原剂在一定温度和无氧条件下，将金属钌盐原位还原为金属钌；第二步，将纳米金属钌胶体溶液浸渍到碳纳米管载体表面。具体如下：

1)将0.0365mol有机胺加入50mL三口烧瓶中，Ar气氛保护下加热至65℃；将0.20mmol RuCl₃·3H₂O粉末加入烧瓶中，搅拌溶解，磁力搅拌下将温度升至110℃，停留20min，除去体系中的水分及空气；将温度升至260℃，在此温度下磁力搅拌并停留反应20min；将反应后的溶液降至65℃，加入乙醇和正己烷溶液，离心(10000r/min，5min)，重复上述步骤清洗产品数次后，将所得的黑色固体粉末分散在非极性的正己烷中；

2)将1g碳纳米管载体分散在20mL正己烷中并超声分散1h(功率：100％)，取2wt％计量数的Ru纳米晶分散在15mL正己烷中，超声分散30min(功率：100％)；将该Ru纳米晶溶液逐滴加入碳载体正己烷溶液中，超声分散1h(功率：100％)，室温搅拌12h，将搅拌后的悬浊液离心分离(5000r/min，3min)，得到的下层固体在60℃干燥箱中干燥12h，即得到本发明的碳纳米管担载纳米钌基催化剂。