[发明专利]一种双功能化石墨烯负载NiAuPd纳米催化剂的制备方法及应用

说明书

本发明为一种双功能化石墨烯负载NiAuPd纳米催化剂的制备方法及应用。该方法包括如下步骤：将3‑氨丙基三乙氧基硅烷和磷酸氢二钾加入到GO水溶液中，搅拌再加入NiCl₂、HAuCl₄和Na₂PdCl₄水溶液，再加入将硼氢化钠，然后在空气中磁力搅拌还原，即可得到所需的双功能化石墨烯负载NiAuPd纳米催化剂(NiAuPd/bi‑FG)。本发明在催化甲酸室温水解制氢反应中，2分钟内可实现甲酸的完全分解，具有极高的催化活性，且转换率为100％，氢气选择性为100％。

技术领域

本发明涉及催化剂制备以及环境和能源的可持续发展领域，特别是一种双功能化石墨烯负载NiAuPd纳米催化剂的制备方法及应用。

背景技术

当今世界能源需求主要依靠化石燃料，但是化石燃料具有不可再生，污染环境严重等问题。因此开发新型可持续能源迫在眉睫。氢能被认为是有效的满足人类能源需求的清洁能源，尤其是与燃料电池技术的结合，可以为汽车、移动设备提供高效清洁的能源动力，具有重要的意义。

目前，储氢方式一般可分为物理与化学两种方法。除了以压缩气体、低温液体的形式存储H₂或使用氢存储材料(例如金属氢化物)之外，化学存储材料(水合肼N₂H₄和甲酸HCOOH等)由于氢含量高且易于以液体形式充电，因此成为主要关注点。其中甲酸被认为是化学储氢的一种有希望的替代品，因为它的液体材料对人体和环境无毒，并且具有高氢含量(4.4wt％)，易于储存和运输，被认为是生产和储存氢气的潜在载体。甲酸在适当催化剂作用下可以发生脱氢反应，生成需要的氢气和二氧化碳(HCOOH→H₂+CO₂)；然而甲酸也有可能发生不被期望的脱水反应，生成水和一氧化碳(HCOOH→H₂O+CO)，CO对燃料电池催化剂有毒，是一种不希望发生的副反应，必须严格控制。对于甲酸脱氢反应的产物，除了H₂之外，所产生的CO₂可以再通过光催化或者电催化的方式再生成甲酸，这就实现了一个碳中性循环。

与均相催化剂相比，异相催化剂由于其具有容易控制、方便提取、便于回收等优点而被广泛地研究与使用。Pd纳米颗粒对于催化甲酸脱氢反应具有非常好的效果，但是由于其资源稀缺和价格昂贵，并不适合大规模应用。通过与成本低廉的Ni、Co等过渡族金属NPs进行复合，所形成的合金或者核壳结构的NPs，不近降低了催化剂的成本，而且还能够提高催化性能，因此是一种有效的改善催化性能的方式。此外，合适的载体材料对于催化性能的改善也具有非常明显的效果，因为它能够有效的减小颗粒尺寸，降低团聚及改善金属颗粒在其上的分布情况。石墨烯(rGO)具有比表面积大，稳定性好，电子迁移能力强等优点，是一种良好的载体材料。但是石墨烯自身的亲水性较差，通过对石墨烯进行异质原子(B、N、P等)掺杂或功能化，能够有效的改善其亲水性和对金属离子的分散性。但是对于氮或者氨基的引入通常需要添加氨水等有毒的化学物质或者使用高温水热法等，这些方法只能实现单元素的掺杂且制备方法复杂。

综上所述，寻找一种简单且有效的方法合成价格低廉、高效且分散性好的纳米催化剂对于降低催化剂成本并提高甲酸脱氢反应效率是非常必要的。

发明内容

本发明的目的是要解决现有技术中存在的不足，提供一种双功能化石墨烯负载NiAuPd纳米催化剂的制备方法及应用。与常用的水热法相比，该方法采用简单的一步共还原法，在室温下快速的制备出了氮磷双功能化的石墨烯负载的金属纳米催化剂。本发明在催化甲酸室温水解制氢反应中，2分钟内可实现甲酸的完全分解，具有极高的催化活性，且转换率为100％，氢气选择性为100％。

为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：

一种双功能化石墨烯负载NiAuPd纳米催化剂的制备方法，该方法包括如下步骤：