[发明专利]一种铜基复合材料及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及催化剂技术领域，尤其涉及一种铜基复合材料及其制备方法与应用。本发明公开了一种铜基复合材料，该铜基复合材料以廉价易得的金属铜作为制备原料，降低了复合材料的制备成本；该铜基复合材料催化甲醇产氢活性高，且几乎没有副反应，降低了气体的纯化成本。

技术领域

本发明涉及催化剂技术领域，尤其涉及一种铜基复合材料及其制备方法与应用。

背景技术

化石燃料供应的减少和与化石燃料有关的严重环境问题，促使人们不断加强努力，寻求可再生和清洁的能源资源，建设一个可持续发展的社会。在国家大力发展清洁能源技术，倡导低排放的背景下，氢能作为一种世界公认的清洁能源收到广泛关注。

氢作为一种具有热值高，可利用形式多，可储能等特点的清洁能源，是一种很有前途的化石燃料替代品，其中，氢燃料电池是一种较为理想的利用氢作为动力的方式。不幸的是，它的气态和爆炸性等物理化学性质使氢的运输和处理存在安全隐患，从而使得直接利用氢变得困难，这可能会限制它的广泛利用。部分液体化学物质已被研究用作移动和固定应用的储氢材料，通过液相或者气相重整制氢技术将氢气从液体化合物中释放直接利用，氢气的储蓄和运输的难题可以被解决。目前最有前途的材料是氢重密度高的氢化物，如氨硼烷及其衍生物、水合肼、甲酸、和甲醇。考虑到来源和成本的问题，甲醇，作为一种易得的物质，含氢量达12.5wt％，是一种理想的制备氢气的高含氢量液体有机燃料。

世界上将甲醇水相重整制备氢气大多数成功的系统都是均相贵金属配合物作为催化剂作用的。然而，从系统中分离和回收这些昂贵的催化剂是困难和昂贵的。同时，某些均相贵金属催化剂可能对空气敏感，在氧化条件下分解。它们的催化分解活性高度依赖于反应溶液的碱度或其他添加剂的辅助，导致反应环境恶劣，高耐碱性腐蚀的反应堆成本增加。所以，发展由普通金属(如：铜、铁、钴、镍)制备的催化剂对于大量且持久地进行甲醇重整制氢，甚至将其工业化有重大的意义。

所以，通过制造理想铜基催化剂的催化和探寻最佳的反应条件，以此来提升甲醇制氢的反应，具有相当大的研究价值。

文献Catal.Sci.Technol.,2019,9,783–788报道了一种简便的将铜纳米颗粒均匀嵌在碳板(Cu@cs)上的合成方法，这种纳米颗粒可以在不添加任何添加剂的情况下，在温和的反应条件下，通过甲醛和水之间的完全脱氢产生氢气而且避免了Cu纳米粒子在反应过程中的团聚。但其孔径小，在用于甲醇水相重整制氢时，反应速率慢。

因此，用于甲醇水相重整制氢的廉价易得的非贵金属催化剂性能较差，尚不能替代贵金属催化剂。如何制得高性能的非贵金属催化剂成为了本领域技术人员有待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种铜基复合材料及其制备方法与应用，该铜基复合材料使用廉价易得的铜作为制备原料，且该复合材料催化甲醇产氢性能高，几乎没有副反应。

其具体技术方案如下：

本发明提供了一种铜基复合材料，包括：碳材料和负载在所述碳材料上的铜单质。

本发明中，所述碳材料呈片状结构。

本发明中，所述铜基复合材料中铜的质量含量为25～60％；

本发明还提供了一种铜基复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1:将壳聚糖在溶剂中溶解，然后加入铜源和铝源搅拌至粘稠后干燥，再进行碳化；

步骤2：将碳化的产物碱洗后进行还原反应，得到铜基复合材料。

本发明中，壳聚糖是天然碱性多糖，对金属离子具有良好的螯合作用。此外，壳聚糖成本低廉、易得且环保。