[发明专利]一种二维非贵金属负载型催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种二维非贵金属负载型催化剂，由掺氮碳材料负载活性成分得到，所述活性成分由非贵金属元素Cu、Ni和Co组成。所述二维非贵金属负载型催化剂的制备方法包括：(1)将掺氮碳材料与铜盐、钴盐以及镍盐混合后加入到水中，超声10～20分钟后继续搅拌3～5小时，得到离子浸渍液；(2)将NaBH₄水溶液加入到上述离子浸渍液中，搅拌0.5～2小时，经后处理得到所述二维非贵金属负载型催化剂。本发明还公开了一种所述的二维非贵金属负载型催化剂在氨硼烷醇解制氢中的应用，该催化剂与传统催化剂相比，可极大降低成本，简化合成方法，并且其催化性能得到了极大提升。

技术领域

本发明属于储氢材料领域，具体涉及一种用于氨硼烷醇解催化的二维非贵金属负载型催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

氢能作为一种储量丰富能且量密度高的清洁能源，其开发与利用有助于解决能源危机与大气污染等世界性问题，因而受到各国重视。近年来，人们逐渐尝试将燃料电池应用于小型便携式电源。因此，可以预期，化学氢化物由于其出众的储氢量，将在氢基便携式能量系统中发挥重要作用。

氨硼烷(AB)是一种优秀的无毒化学储氢材料，体积密度为146g H₂·L^-1，具有其他固态储氢材料(如NaBH₄，MgH₂等)无法比拟的高含氢量(19.6wt.％)，在应用于便携式装置制氢方面具有很高潜力。

AB的主要制氢方式主要有热解、水解及醇解三种。其热分解温度较高、放氢速率较慢，且在热分解过程会产生挥发性有毒副产物(乙硼烷、环硼氮烷等)，严重影响了其实际应用。AB水解制氢是一种简便的脱氢方式，具有能耗低、绿色环保等优点。但是AB本身制备成本较高，而AB的水解产物回收困难，制约了AB水解制氢的实际应用。而AB的醇解制氢避免了产物难以回收的缺点。AB的醇解产物NH₄B(OCH₃)₄在室温下与LiAlH₄和NH₄Cl反应可重新得到AB，降低了应用成本。

AB醇解制氢的应用关键还是在于降低其反应活化能，因此研究开发出性能优异且廉价的催化剂是促进氨硼烷醇解制氢应用的关键。催化剂的催化性能往往与其组成、尺寸、结构等因素密切相关。目前贵金属催化剂，如Pt、Pd、Rh、Ru等对于氨硼烷的醇解有着极高的催化活性与选择性，然而贵金属催化剂由于成本过高，不具备大规模商业应用价值。因此，开发成本相低廉的非贵金属催化剂，如Cu、Ni、Co等，更具有实际应用价值。

单组分的非贵金属催化剂，由于非贵金属本身电子结构不佳，导致其催化性能远远不如贵金属，所以需要通过引入其他金属元素来改善自身电子结构，并且通过调控形貌来提升其催化性能。在纳米尺寸下，非贵金属的比表面积大大增加，反应活性也有着大幅度的提升，但是高的比表面能导致催化剂颗粒更容易发生团聚现象，降低其循环寿命。通过将金属活性成分负载在载体上，能够有效地抑制其团聚现象的产生，是一种提高催化活性的有效途径。由于无定形掺氮碳材料(NC)具有各向同性的特点，使得金属负载位点更为均匀，也使得负载金属出现了一定的非晶化，改善了负载金属的电子结构。同时，NC具有极高的比表面积，其类似石墨烯的二维结构能极大地增加负载金属与反应物的接触面积比，并且诱导其在二维方向上的成长，同时可以防止金属发生团聚，从而大幅提升负载金属的催化活性。

发明内容

本发明的目的在于针对现有的AB水解不可再生、催化剂成本高等问题，提供一种针对AB醇解反应简单有效的非贵金属负载型复合催化剂及其制备方法。该催化剂与传统催化剂相比，可极大降低成本，简化合成方法，并且其催化性能得到了极大提升。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种二维非贵金属负载型催化剂，由掺氮碳材料负载活性成分得到，所述活性成分由非贵金属元素Cu、Ni和Co组成。