[发明专利]用NiPd/多孔CexCoyOz纳米催化剂催化甲醛脱氢的方法

说明书

本发明公开了一种用NiPd/多孔CexCoyOz纳米催化剂催化甲醛脱氢的方法，属于化学化工技术领域。本发明将制备好的纳米催化剂置于反应器中，将反应器置于水浴中升至一定温度，接着将甲醛和氢氧化钠混合液加入反应器中进行反应，生成的氢气采用排水法收集。与现有的催化剂不同的是：根据本发明，调节催化剂中金属Ni、Pd的摩尔比及载体前驱体硝酸铈、硝酸钴和2‑甲基咪唑的摩尔比就可以制得用于甲醛脱氢制氢气的高活性、高选择性、高稳定性的NiPd/多孔CexCoyOz纳米催化剂。使用该催化剂进行甲醛脱氢反应，脱氢转化率和选择性均为100％，反应的TOF值大于410h^‑1，循环使用4h，反应的TOF值仍大于402h^‑1。

技术领域

本发明属于化学化工技术领域，具体涉及用NiPd/多孔CexCoyOz纳米催化剂催化甲醛脱氢的方法。

背景技术

氢能源作为21世纪高效清洁的绿色能源。目前，氢能源在氢燃料电池中应用效率最高，但是，氢气具有密度低、难于液化、储存效率低等缺点。如何实现氢能源的高效储存室当前研究的热点。

甲醛(HCHO)是目前研究较热的新型化学氢化物，它具有化学性质温度，常温下为液态，能很好地利用现有的能源装置，被视为最有发展前景的燃料电池氢能供应材料之一。对于工业氢燃料电池应用，开发甲醛高效脱氢催化剂对于实现其在氢燃料电池中大规模应用具有重要意义。

Chun Wang et al.(Appl.Organometal.Chem.2017,31:3889)报道了Pd/CeO₂催化剂的合成及其作为脱氢催化剂在甲醛脱氢过程中的应用。该催化剂表现出优异的催化剂性能。鉴于Pd是稀有贵金属、资源储量有限，如何利用廉价金属来降低催化剂合成的成本对于促进甲酸作为储氢材料在氢燃料电池中大规模应用至关重要。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种用NiPd/多孔CexCoyOz纳米催化剂催化甲醛脱氢的方法，以期该NiPd/多孔CexCoyOz纳米催化剂在较温和的条件下实现甲醛完全脱氢。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下。

本发明一种用NiPd/多孔CexCoyOz纳米催化剂催化甲醛脱氢的方法，具体步骤是：将制备好的NiPd/多孔CexCoyOz纳米催化剂置于反应器中，将反应器置于水浴中升至10～25℃，接着将摩尔比为1：(0.8～1.1)的甲醛和氢氧化钠混合液加入反应器中进行反应，得到产物氢气；所述的催化剂与混合液质量比为1:(60～130)。

所述的NiPd/多孔CexCoyOz纳米催化剂包括Ni、Pd和多孔CexCoyOz，其中，Ni来源于氯化镍，Pd来源于氯钯酸钾，多孔CexCoyOz由硝酸铈和硝酸钴与2-甲基咪唑形成Ce-Co-MOF焙烧制得，氯化镍与氯钯酸钾的摩尔比为1：(0.2～0.5)；氯化镍与硝酸铈、硝酸钴、2-甲基咪唑的摩尔比为1：(4～7)：(2～4)：(18～25)。

所述的NiPd/多孔CexCoyOz纳米催化剂是通过以下步骤予以制备的：

(1)将硝酸铈、硝酸钴和2-甲基咪唑溶解于甲醇溶液中形成均一溶液，在24～32℃下搅拌22～27h，离心得到Ce-Co-MOF；

(2)将Ce-Co-MOF转移至管式炉，焙烧得到多孔CexCoyOz；

(3)将焙烧得到的多孔CexCoyOz置于氯化镍和氯钯酸钾溶液，在0～4℃下使用氨硼烷溶液还原3～5h，离心干燥，即制得NiPd/多孔CexCoyOz纳米催化剂。

进一步的，所述的NiPd/多孔CexCoyOz纳米催化剂的制备步骤(2)中：管式炉焙烧温度为480～530℃，焙烧时间5～8h，焙烧气氛为O₂/N₂，其中O₂的体积占比为10％～16％。