[发明专利]一种催化氨硼烷水解产氢的NH2

说明书

本发明提供一种催化氨硼烷水解产氢的NH₂‑MIL‑125负载银钴合金纳米催化剂，包括活性组分和载体，所述纳米催化剂的通式为：Ag_0.1Co_0.1～0.3@NH₂‑MIL‑125；所述载体为NH₂‑MIL‑125，所述活性组分为Ag‑Co合金纳米粒子，当摩尔比Ag/Co＝0.1:0.2时，所述纳米催化剂的催化活性最高，其中Ag‑Co合金纳米粒子的粒径为2.2～8.7nm，催化剂的比表面积为217.5m²g^‑1。本发明以氨基化的MIL‑125作为载体(NH₂‑MIL‑125)，由于氨基的靶向作用，使得Ag⁺和Co²⁺定向配位，经过还原后在原位得到金属Ag和Co，大大提高了载体NH₂‑MIL‑125中金属的负载量；同时形成的AgCo合金纳米粒子分布均匀，尺寸小，活性位点多，使得Ag_0.1Co_0.1～0.3@NH₂‑MIL‑125催化剂对氨硼烷水解产氢表现出高效的催化活性和优良的稳定性，其在室温下催化氨硼烷水解的释氢速率高达6894.7mL min^‑1g^‑1，活化能低至26.79kJmol^‑1。

技术领域

本发明涉及一种二元负载型纳米催化剂，具体涉及一种催化氨硼烷水解产氢的NH₂-MIL-125负载银钴合金纳米催化剂，属于储氢材料领域。

背景技术

探索新型的清洁能源，特别是氢能源，是人们面临的重大课题。由于氨硼烷(NH₃-BH₃， AB)在常温下为固态，便于携带，可溶于水或极性溶剂，在空气中稳定，不挥发，无毒无害，安全可靠，且质量储氢密度高达19.6％，被誉为是最具发展潜力的氢能材料。AB的水溶液在催化剂的作用下，能迅速释放氢气，且1mol AB能产生3mol H₂，因而寻求高效稳定、成本低廉的催化剂，显得尤为重要。

在研究AB水解的催化体系中，贵金属基，如Pt、Pd、Rh等，虽然催化活性较高，但高昂的价格以及在载体上易脱附，制约其应用和发展，因此对于多组分共掺的新型负载型纳米催化剂的探究，具有重要的理论意义和实用价值。Ag虽然是贵金属，但其较低的价格，而且当与非贵金属共掺时能显著提高催化剂的活性，成为人们不断探索的重点。在负载型催化剂中，选择合适的载体对提高催化剂的活性和稳定性也极为重要，其中对MOFs材料进行氨基化行之有效。氨基化的目的在于：(1)使MOF材料的孔洞内和外表面均含有大量氨基，易与浸渍溶液中的大量金属离子配位，通过原位合成负载金属，使负载的金属稳定，提高金属的负载量；(2)使多金属纳米粒子分布均匀，尺寸小，团聚少，活性位点增多；(3)由于金属负载牢固，使催化剂的稳定性提高。由于这些特点使NH₂-MOFs作为载体时在非均相催化领域占有显著的优越性，因此重点研究NH₂-MOFs载体负载金属作为高效催化剂已属必然。通过查阅相关资料，发现以NH₂-MIL-125为载体的催化剂报道有Pt@NH₂-MIL-125(Ti)(RscAdvances,2013,3(43):19820-19823)和Co@NH₂-MIL-125(Ti)(Energy Environ.Sci.2015,8(1):364-375)。前者通过双溶剂法合成，并作为阴极材料应用于光电化学产氢中后者用于光驱动产氢。然而，以NH₂-MIL-125为载体，以Ag等金属或者合金纳米粒子为活性组分，形成的纳米催化剂并用于催化氨硼烷水解产氢还鲜见报道。

有鉴于此，本发明提出一种催化氨硼烷水解产氢的NH₂-MIL-125负载银钴合金纳米催化剂，以解决上述问题。

发明内容