[发明专利]一种氨硼烷水解释氢的PdNi合金纳米催化剂及其制备方法

说明书

本发明提供一种氨硼烷水解释氢的PdNi合金纳米催化剂及其制备方法，该催化剂包括活性组分和载体；所述活性组分为PdNi合金纳米粒子，所述PdNi合金纳米粒子的粒径为4.1~5.5 nm；所述载体为二氧化钛空心球。本发明催化剂的比表面积大，PdNi合金纳米负载在孔洞内外均匀镶嵌，增大了负载量，PdNi合金纳米粒子的粒径小，催化活性位点多，能显著提高催化剂的活性和稳定性；将该催化剂用于氨硼烷水解释氢：在室温下，其最大放氢速率可达105.36 mol H₂ min^‑1(mol Pd)^‑1，反应的活化能为24.86 kJ mol^‑1；该制备方法工艺简单，原料易得，成本低廉，易于实施，适合于工业化生产，应用前景广阔。

技术领域

本发明涉及催化水解释氢催化剂技术，具体涉及一种二氧化钛空心球负载PdNi合金纳米催化剂及其制备方法和应用，属于储氢材料领域。

背景技术

氢能被认为是一种新型清洁能源和有广阔应用前景的绿色能源，如何安全高效的制取和储存氢气对研究者来说是极大挑战。近年来，化学氢化物因其高含氢量和低分子量成为最有发展潜力的储氢材料。其中氨硼烷(NH₃BH₃，简称AB)具有较低的分子量(30.87g/mol)和高的质量储氢密度(19.6wt％)而成为最有前景的固体储氢材料。氨硼烷性能稳定，在催化剂的作用下能水解产氢，因此，探索高效的催化剂是实现氨硼烷水解制氢的关键。

迄今为止催化氨硼烷水解制氢的文献有很多，研究表明，适用于氨硼烷水解反应的催化剂主要是贵金属Pt基和Ru基催化剂，(J Power Sources，2006，156:190-4；Inorg.Chem.2007，46:788-94；Microporous Mesoporous Mater.2016，225:1-8；Int JHydrogen Energy，2015，40:15521-8)。Pt基和Ru基催化剂虽然表现出显著的催化活性，但其成本高、丰度低，难以实现产业化。而贵金属Pd价格相对便宜，且非贵金属Ni具有较好的协同效应，催化活性高，若将Pd和Ni协同催化，不仅能降低生产成本，而且能显著提高Pd的催化活性。由于金属催化剂的活性还与粒径大小、活性位点的分布有关，金属粒子的稳定性影响其催化寿命，因而拥有大的比表面积和多孔结构的载体有助于金属粒子分散均匀，粒子更加稳定，催化活性更高。

在众多支撑材料中，TiO₂无毒、高效、价格低廉、环境友好以及化学惰性成为最有潜力的催化剂载体之一。而TiO₂空心球更显示出独特的优势：大的比表面积，多孔结构能很好的负载粒子，负载的粒子更加稳定，优良的电子和光学性质(J Alloy Compd.2014，612:69-73；Chem.Soc.Rev.2015，44:1861-85)。但在催化剂领域，TiO₂常被用于光催化剂中，如中国发明专利(申请号：201510082234.X，申请日：2015.02.15)提供了一种金属-氮共掺杂二氧化钛空心球催化剂及其制备方法，该催化剂在二氧化钛空心球中掺杂镍和氮元素，是一种光催化剂。

根据文献调研，在TiO₂空心球中负载PdNi合金纳米粒子并将其用于催化水解氨硼烷的研究还未曾报道。

有鉴于此，本发明提出一种二氧化钛空心球负载PdNi合金纳米催化剂及其制备方法和应用，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有产品的不足，提供一种氨硼烷水解释氢的PdNi合金纳米催化剂及其制备方法和应用。以二氧化钛空心球为载体，且其比表面积大，PdNi合金纳米负载在孔洞内外均匀镶嵌，增大了负载量，PdNi合金纳米粒子的粒径小，催化活性位点多，能显著提高催化剂的活性和稳定性；该制备方法工艺简单，原料易得，成本低廉，易于实施，适合于工业化生产，应用前景广阔。