[发明专利]一种纳米纤维负载钴银合金材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种纳米纤维负载钴银合金材料，由静电纺丝法制备纳米纤维，再通过浸渍化学还原法制备钴粒子，然后通过氧化还原法制备钴银合金并负载到纳米纤维上制得。其制备方法包括以下步骤：1）静电纺丝法制备纳米纤维；2）通过浸渍化学还原法先制备钴粒子；3）通过氧化还原法制备钴银合金并负载到纳米纤维。本发明材料作为氨硼烷水解制氢催化剂的应用时，40 min完成放氢，放氢速率高，循环测试表明，具有优良的循环性能。本发明纳米纤维以圆柱状的形式存在，具有高比表面积，性质稳定，钴银合金均一、稳定地负载到纳米纤维上，分散均匀且不发生团聚，能快速地催化氨硼烷水解制氢，因此，在制氢、燃料电池等领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及静电纺丝技术和氨硼烷催化水解制氢技术领域，具体涉及一种纳米纤维负载钴银合金材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着经济的迅速发展与人口的不断增长，能源的需求量在日益的膨胀。虽然化石燃料仍占据能源结构的大幅比例，但化石燃料是不可再生资源，并给环境带来一定的污染，由此产生的严重的能源危机问题日益突显。解决此类问题的关键因素是开发新型可再生低碳绿色能源及其高效清洁储存转化技术。

氢能作为一种储量丰富、能量密度高、使用方便、应用广泛的二次能源，受到了国内外科研工作者的广泛关注。氢能是一种理想的二次能源。氨硼烷（NH₃BH₃，AB）具有19.6 %（wt，质量分数）的氢含量而受到广泛关注。氨硼烷热分解放氢具有放氢诱导期较长、有挥发性副产物等缺点。近年来，人们成功研究出几种促进氨硼烷热分解放氢，抑制副产物生成和经济、高效的氨硼烷再生技术。这些令人瞩目的技术为氨硼烷作为储氢材料应用于车载系统提供了广阔的前景。

氨硼烷水解制氢的非贵金属催化剂中，金属钴表现出良好的催化性能，Yang等人运用原位合成的方法还原钴并负载在石墨烯上催化氨硼烷水解制氢研究，纯钴粒子催化氨硼烷制氢在55 min完成放氢，负载在石墨烯上的钴催化剂催化氨硼烷放氢约在10 min完成，该技术方案存在以下技术问题：1）制备氧化石墨烯条件复杂苛刻，共用了六步合成；2）使用大量石墨烯，成本高；3）制备出的催化剂，五次循环后，反应速率降为初次催化的50%，循环性能有待提高。

纳米纤维具有直径小、比表面积大以及易于实现表面功能化的优点，受到广泛的关注。在众多制备纳米纤维的方法中，静电纺丝法是一种高效的技术，该方法是通过高分子溶液在静电场中带电，变形拉伸并经过溶剂挥发而得到纳米纤维，其中同轴共纺技术由于能制备芯-壳(core-shell)结构的纳米纤维，也越来越引起人们的关注。静电纺丝技术在1934年首先由Formhals提出，到了20世纪80年代，才有人开始对该技术进行大量的实验和理论研究。近年来，随着纳米材料研究的兴起，人们发现，由静电纺丝法制得的纤维的直径可以达到纳米级，使得这种技术重新受到重视。目前，主要是从事化工和高分子领域的科学家在研究静电纺丝。

静电纺丝纳米纤维具有很多优点，例如大的比表面积、高的长径比和孔隙率等结构特点，还有制备简单、产率高的生产特点，这些对于学术界和工业界都极具吸引力。目前，已知的各种各样的纳米纤维可以被用在能源、环境、医疗、环境及国防等各个领域。

Sun等人通过聚丙烯晴高分子制备前驱体，运用静电纺丝的方法产生的纳米纤维负载金属Pd 在制氢领域有一定的突破。但是，该方法制备的催化剂约在90 min后放完氢气，而且放氢量不高，没有把氨硼烷里面的氢气完全释放。另外附着在纳米纤维表面的纳米粒子活性较低。因此，寻求一种制备方法简单、比表面积大、纤维分布均匀、表面活性强的高效催化的纳米纤维成为当前研究的热点。

发明内容

本发明的目的是通过静电纺丝的方法制备纳米纤维，并进行负载钴银合金，获得大的比表面积，让钴银合金能均匀分布在纤维上不发生团聚，从而能实现快速的催化氨硼烷制氢，并具有优良循环性能的纳米纤维负载钴银合金材料。