[发明专利]一种纳米多孔金属催化甲酸分解放氢的方法

说明书

本发明提供一种纳米多孔金属催化甲酸分解放氢的方法，属于化工与两相催化技术领域。在常温常压下，将甲酸、纳米多孔金属催化剂、有机胺加入V型反应器中，加热搅拌，反应温度控制在80℃～110℃，反应时间控制在2.5h～10h；通过湿式气体流量计记录所生成的气体体积，计算其转化率。本发明使用纯甲酸进行反应，无需将其稀释成甲酸溶液，解决了目前大多数催化剂仅能使用甲酸溶液或较高浓度甲酸的问题，催化效率高方法简单，为氢能的大规模利用提供了一种新的思路。

技术领域

本发明属于化工与两相催化技术领域，涉及到两相催化甲酸分解放氢反应，特别涉及到采用一种纳米多孔金属催化甲酸分解放氢的方法。

背景技术

随着地球人口总量的高速增长，所消耗的不可再生能源急剧增加，对环境造成了严重的影响，所以，寻求绿色可再生能源成为我们面临的一大重要挑战。氢能源具有唯一副产物为水、燃烧热值高等特点，使之备受研究者的关注。但是由于氢气易燃易爆、体积能量密度低等特点导致了氢的储存运输也面临着一系列的问题。所以安全高效储运氢气的储氢材料一直是科研领域的热点。现阶段氢气存储技术主要分为四种：高压气态储氢技术、液化储氢技术、金属合金储氢技术和有机液体氢化物储氢技术。其中有机液体氢化物储氢技术具有储氢密度高、存储和运输方便、制备氢气较纯等优点，所以有机液态氢化物储氢技术得到了长足的发展。

在目前众多储氢材料中，甲酸是一种理想的储氢材料。甲酸具有热力学稳定、环境友好、较高含氢密度(4.4wt％)，而且它在室温下呈液态，便于进行储存和运输。而且，甲酸可以通过二氧化碳加氢方法制得，从而具有良好的可再生性，是一种非常理想的储氢材料(Grasemann,M.；Laurenczy,G.Energy Environ.Sci.2012,5,8171-8181)。近些年来，催化甲酸分解制氢的非均相催化剂一般是被有机磷配体修饰的过渡金属络合物，由于均相体系中催化剂和反应物能充分地接触，所以均相催化剂一般具有较高的催化活性和效率，但是其稳定性不好、易失活，而且不利于分离和循环使用。非均相催化剂由于其稳定性好、易于控制和分离回收等特点受到了人们更多地关注。

纳米多孔金属是一类新型纳米结构催化剂，由纳米尺度的细孔和韧带组成，独特的三维孔状中空结构使其具有极大的比表面积，其具有优良的导电导热和无毒性能，因此表现出与块状金属完全不同的物理化学性质。纳米多孔金(AuNPore)(Asao,N.；Ishikawa,Y.；Hatakeyama,N.；Menggenbateer；Yamamoto,Y.；Chen,M.；Zhang,W.；Inoue,A.Angew.Chem.,Int.Ed.2010,49,10093)催化剂具有催化活性高、结构稳定、回收方便等特点，成为纳米多孔催化剂研究的重点，但将该纳米多孔金用于催化甲酸分解放氢的研究，还尚未见专利和文献报道，本发明将该纳米多孔金作为催化剂，催化纯甲酸放氢。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对甲酸分解放出氢气，提供一种纳米多孔金属金催化剂来催化纯甲酸放氢。纳米多孔金催化剂在催化甲酸分解的过程中具有良好的催化效率，转化率能达到98％，且在循环使用10次后活性无明显降低。该催化反应在纯甲酸中进行，为其大规模应用提供了基础。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种纳米多孔金属催化甲酸分解放氢的方法，步骤如下：

在常温常压下，将甲酸、纳米多孔金属催化剂、有机胺加入V型反应器中，加热搅拌，反应温度控制在80℃～110℃，反应时间控制在2.5h～10h；通过湿式气体流量计记录所生成的气体体积，计算其转化率。所述甲酸在体系中的摩尔浓度为10mol/L～20mol/L，甲酸与纳米多孔金属催化剂的摩尔比为1:0.0014～0.0025，甲酸与有机胺的摩尔比为1:0.125～0.4。

所述的有机胺为三乙胺、N,N-四甲基乙二胺(TEMED)、乙醇胺、N,N-二异丙基乙胺、N,N-二甲基乙二胺中的一种；