[发明专利]一种氨硼烷水解制氢用催化剂Ru1-x

说明书

本发明属于氨硼烷水解制氢技术领域，公开一种氨硼烷水解制氢用催化剂Ru_1‑xCo_x/P25及其制备方法。所述催化剂为RuCo合金纳米颗粒均匀地分布在P25上。将乙酰丙酮钌、乙酰丙酮钴溶解在乙二醇中，之后加入载体P25，搅拌、超声形成均匀的混合溶液；然后在170‑185 ℃热解2‑4 h，反应结束后冷却至室温，洗涤，干燥；最后在氩氢气混合气氛下200‑220 ℃下煅烧2‑3 h，制得催化剂Ru_1‑xCo_x/P25。本发明可以在较温和的反应条件下通过改变金属前驱体的比例来制备组分可控的合金纳米颗粒；有机溶剂乙二醇既充当了有机溶剂，又充当了还原剂。此外，乙二醇通过羟基官能团与金属前驱体的配位可以促进金属前驱体的溶解，有利于纳米颗粒的高度分散；制备的Ru_1‑xCo_x/P25催化剂中性条件下氨硼烷水解制氢具有很高的活性。

技术领域

本发明属于氨硼烷水解制氢技术领域，具体涉及一种氨硼烷水解制氢用催化剂Ru_1-xCo_x/P25及其制备方法。

背景技术

近年来，化石燃料的过度消耗加剧了日益严重的能源危机和环境恶化。因此，探索和开发可再生清洁能源已成为能源与环境研究领域的一个重要方向。氢是一种理想的清洁能源载体，由于其能量密度高于传统化石燃料石油和其零排放的特点而被广泛研究。

在新型储氢材料中，氨硼烷(NH₃BH₃)具有高氢含量（19.6 wt%）、低分子量（30.87g/mol）、无毒、稳定性高、溶液稳定性好等优点。此外氨硼烷水解释放的高纯氢可直接用于航空航海中的质子交换膜燃料电池。因此，NH₃BH₃作为优异的储氢材料引起了人们广泛的研究。目前应用于氨硼烷制氢的催化剂较多，但是这些催化剂的制备过程都比较复杂，难以在温和条件下制备形貌、组分、尺寸可调控的双金属合金纳米催化剂。

因此，研究开发高活性、低成本的催化剂是提高氨硼烷水解制氢的关键，也是目前该领域的研究热点和重点。贵金属催化剂（Pt、Ru、Pd、Rh等）在氨硼烷水解中展现优异的催化活性，但其价格昂贵加之稀缺性，极大地阻碍了广泛的工业应用。非贵金属尽管成本低、储量丰富，但其催化活性低。贵金属与非贵金属合金化制备双金属合金纳米催化剂是提高贵金属催化性能同时降低成本的一种有效且成功的策略。特别是在纳米尺度上对双金属配位微环境进行精确调控可显著提升催化剂的催化性能。双金属催化剂典型的制备方法包括浸渍法、共沉淀法和化学还原法等，这些方法虽然简单，但难以实现对金属纳米粒子在尺寸和形貌的控制。

发明内容

针对上述现有技术的缺陷与不足，本发明的目的在于提供一种氨硼烷水解制氢用催化剂Ru_1-xCo_x/P25及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种氨硼烷水解制氢用催化剂，所述催化剂的分子式为Ru_1-xCo_x/P25，0﹤x﹤1，P25代表锐钛矿与金红石两相商业型TiO₂；所述催化剂的结构为RuCo合金纳米颗粒均匀地分布在P25上。

所述氨硼烷水解制氢用催化剂的制备方法：将乙酰丙酮钌、乙酰丙酮钴溶解在乙二醇中，之后加入载体P25，搅拌、超声形成均匀的混合溶液；然后将混合溶液在170-185 ℃热解2-4 h，反应结束后冷却至室温，洗涤，干燥；最后在氩氢气混合气氛下200-220 ℃下煅烧2-3 h，制得催化剂Ru_1-xCo_x/P25；其中，以P25的质量为0.1 g为计算基础，乙二醇的用量为1-3 mL，Ru和Co的总摩尔量为(5.25×10^-5-8.00×10^-5) mol并且乙酰丙酮钌和乙酰丙酮钴的摩尔比保证Ru和Co的摩尔比为=1-x∶x。