[发明专利]石墨烯负载铜镍/氧化铈纳米复合材料、制备方法以及氨硼烷催化分解方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米复合材料，具体地，涉及石墨烯负载铜镍/氧化铈纳米复合材料、制备方法以及氨硼烷催化分解方法。

背景技术

随着人口和经济的发展，人们对高效能源的需求越来越大。传统的能源如煤矿、石油、天然气等都不可再生，燃烧产物污染环境，因此，新能源的发展成为世界发展的首要问题。氢气作为新能源，其燃烧焓为120mJ·kg^-1，是石油的三倍。氢气的燃烧产物是水，是最清洁的能源。然而，制约氢能源应用的最重要的因素是氢气的储存和运输问题。氨硼烷作为储氢材料之一，具有环境友好性和高稳定性。氨硼烷在催化剂的作用下于碱性或中性介质中可以与水反应产生氢气。1mol氨硼烷水解可以产生3mol氢气，反应过程在室温下便可发生，反应条件温和。氨硼烷催化水解历程如下所示：

目前，用于氨硼烷分解的催化剂有：铂黑，钌纳米粒子等贵金属催化剂和铜，镍纳米粒子等非贵金属催化剂，虽然这些催化剂能够起到起到催化氨硼烷分解的作用，但是存在以下缺陷：(1)贵金属储存有限并价格昂贵，限制了它们在实际生产中的应用；(2)非贵金属纳米粒子容易发生聚集，会影响催化活性。

发明内容

本发明的目的是提供一种石墨烯负载铜镍/氧化铈纳米复合材料、制备方法以及氨硼烷催化分解方法，通过该方法通过一步法制得的石墨烯负载铜镍/氧化铈纳米复合材料对于氨硼烷具有优异的催化效果，同时该制备方法步骤简单、条件温和可控且环境友好。另外，利用该石墨烯负载铜镍/氧化铈纳米复合材料能够高效地催化氨硼烷的分解。

为了实现上述目的，本发明提供了一种石墨烯负载铜镍/氧化铈纳米复合材料的制备方法，其特征在于，包括：

1)将氧化石墨烯和水混合以制得氧化石墨烯水溶液；

2)将镍源、铜源和铈源分散于氧化石墨烯水溶液中，接着在氮气气氛下添加还原剂至体系中进行还原反应以制得石墨烯负载铜镍/氧化铈纳米复合材料。

本发明还提供了一种石墨烯负载铜镍/氧化铈纳米复合材料的制备方法，该石墨烯负载铜镍/氧化铈纳米复合材料通过上述的制备方法制备而得。

本发明进一步提供了一种氨硼烷催化分解方法，该氨硼烷催化分解方法为：将催化剂水溶液添加至氨硼烷水溶液中并在封闭条件下进行催化分解反应，其中，催化剂为上述的石墨烯负载铜镍/氧化铈纳米复合材料。

在上述技术方案中，本发明通过一步法进行，如图1所示，先是在步骤1)中先用去离子水将氧化石墨烯进行分散；在步骤2)中，整个反应历程中包括以下反应：镍源、铜源在体系中生成铜镍粒子；铈源生成的CeO_x(X＝1.5或2)掺杂至铜镍粒子中生成铜镍合金CeO_x掺杂粒子；氧化石墨烯(rGO)表面存在有大量的-OH基团，铜镍合金CeO_x掺杂粒子利用CeO₂其含有的不同氧化态对吸附OH^-具有很好的性能将使得铜镍合金CeO_x掺杂粒子负载在石墨烯上(纳米粒子固定在还原型氧化石墨烯能促进催化反应过程中的电子转移和传质动力)，同时利用还原剂将氧化石墨烯还原成石墨烯，还原型氧化石墨烯(rGO)作为单层碳膜，有诸如自由电子密度大、内在流动性高、表面积大等优点提高制得的石墨烯负载铜镍/氧化铈纳米复合材料的催化性能。此外，同时该制备方法步骤简单、条件温和可控且环境友好。另外，利用该石墨烯负载铜镍/氧化铈纳米复合材料能够高效地催化氨硼烷的分解。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明石墨烯负载铜镍/氧化铈纳米复合材料催化历程示意图；

图2是检测例1中实施例1的Cu_0.8Ni_0.2-CeO_x/rGO的80K倍下的TEM图；

图3是检测例1中实施例1的Cu_0.8Ni_0.2-CeO_x/rGO的粒径分布图；

图4是检测例1中实施例1的Cu_0.8Ni_0.2-CeO_x/rGO的EDX图；