[发明专利]一种用于催化肼硼烷产氢的IrNi复合纳米催化剂及其制备方法

说明书

本发明提供了一种用于催化肼硼烷产氢的IrNi复合纳米催化剂及其制备方法。该复合纳米催化剂是以可溶性Ir源和可溶性Ni源为金属前驱体，以La₂O₂CO₃为载体，采用氢氧化钠辅助共还原法在室温条件下制备而得。所制备的IrNi复合纳米催化剂对肼硼烷产氢反应表现出优异的催化性能，在323K下能高效催化肼硼烷水解其硼烷基和裂解其肼基，实现肼硼烷的完全产氢，其反应的转化频率(TOF)值高达950(mol H₂mol metal^‑1h^‑1)。本发明方法制备催化剂的方法操作简便，具有较好的发展前景。

技术领域

本发明方法涉及一种用于催化肼硼烷产氢的IrNi复合纳米催化剂及其制备方法，属于储氢材料领域。

背景技术

随着化石燃料的不断消耗以及化石燃料引发的环境问题日益严峻，开发可再生清洁能源替代传统的化石燃料迫在眉睫。在众多的替代能源中，氢能因具有能量密度高、清洁无污染、可再生等特点，被誉为是下一代二次清洁能源。然而，经济、安全、高效的氢存储技术和制取技术是阻碍氢能源大规模应用的瓶颈。因此，发展新型安全高效的储氢材料和制氢技术是当前的研究热点。具有高储氢质量分数和体积储氢密度的硼-氮氢化物，因其在储氢和放氢性能方面的显著优势，引起了研究者们的极大兴趣。

肼硼烷(N₂H₄BH₃,HB)具有高含氢量(15.4wt％)，易于制备，且在室温下稳定，便于存储和运输，是一种颇具应用潜力的新型储氢材料。早在1961年，德国Goubeau和Ricker就已经合成出了肼硼烷(Anorg.Allg.Chem.1961,310,123)。但是随后很少有人关注，直到2009年Lentz等人研究了肼硼烷的热分解放氢性能后(J.Am.Chem.Soc.2009,131,7444)，肼硼烷才开始逐渐引起了人们的研究兴趣。肼硼烷主要可以通过热分解和水解的方式释放出氢气。热分解脱氢需要在较高的温度才能进行，且不能使肼硼烷中的氢完全释放出来。而在合适催化剂的作用下，肼硼烷的水溶液在温和条件下就可以释放出氢气，并且有望通过水解其硼烷基和分解其肼基实现肼硼烷的完全产氢。理论上，1摩尔肼硼烷通过水解它的硼烷基(反应1)和分解它的肼基(反应2)，可以产生5摩尔的氢气和1摩尔的氮气。但是，肼基的分解不仅速度缓慢，且常伴有副产物NH₃的产生(反应3)。因此，肼硼烷完全产氢的关键在于发展高效、100％氢气选择性和高稳定性的催化剂。

N₂H₄BH₃(s)+3H₂O(l)→N₂H₄(l)+H₃BO₃(l)+3H₂(g) (1)

N₂H₄(l)→N₂(g)+2H₂(g) (2)

3N₂H₄(l)→4NH₃(g)+N₂(g) (3)