石墨烯负载钯镍/氧化铈纳米复合材料、制备方法以及氨硼烷催化分解方法技术

本发明专利技术公开了一种石墨烯负载钯镍/氧化铈纳米复合材料、制备方法以及氨硼烷催化分解方法，该备方法包括：1)将氧化石墨烯、十六烷基三甲基溴化铵和水混合以制得氧化石墨烯活化体系；2)将镍源、钯源和铈源分散于氧化石墨烯活化体系中，接着添加还原剂至体系中进行还原反应以制得石墨烯负载钯镍/氧化铈纳米复合材料。通过该方法通过一步法制得的石墨烯负载钯镍/氧化铈纳米复合材料对于氨硼烷具有优异的催化效果，同时该制备方法步骤简单、条件温和可控且环境友好。另外，利用该石墨烯负载钯镍/氧化铈纳米复合材料能够高效地催化氨硼烷的分解。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及纳米复合材料，具体地，涉及石墨烯负载钯镍/氧化铈纳米复合材料、制备方法以及氨硼烷催化分解方法。
技术介绍
随着人口和经济的发展，人们对高效能源的需求越来越大。传统的能源如煤矿、石油、天然气等都不可再生，燃烧产物污染环境，因此，新能源的发展成为世界发展的首要问题。氢气作为新能源，其燃烧焓为120MJ·kg-1，是石油的三倍。氢气的燃烧产物是水，是最清洁的能源。然而，制约氢能源应用的最重要的因素是氢气的储存和运输问题。氨硼烷作为储氢材料之一，具有环境友好性和高稳定性。氨硼烷在催化剂的作用下于碱性或中性介质中可以与水反应产生氢气。1mol氨硼烷水解可以产生3mol氢气，反应过程在室温下便可发生，反应条件温和。氨硼烷催化水解历程如下所示：NH3BH3(aq)+2H2O(l)→(NH4)BO2(aq)+3H2(g)。目前，用于氨硼烷分解的催化剂有：铂黑，钌纳米粒子等贵金属催化剂和铜，镍纳米粒子等非贵金属催化剂，虽然这些催化剂能够起到起到催化氨硼烷分解的作用，但是存在以下缺陷：(1)贵金属储存有限并价格昂贵，限制了它们在实际生产中的应用；(2)非贵金属纳米粒子容易发生聚集，会影响催化活性。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种石墨烯负载钯镍/氧化铈纳米复合材料、制备方法以及氨硼烷催化分解方法，通过该方法通过一步法制得的石墨烯负载钯镍/氧化铈纳米复合材料对于氨硼烷具有优异的催化效果，同时该制备方法步骤简单、条件温和可控且环境友好。另外，利用该石墨烯负载钯镍/氧化铈纳米复合材料能够高效地催化氨硼烷的分解。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种石墨烯负载钯镍/氧化铈纳米复合材料的制备方法，其特征在于，包括：1)将氧化石墨烯、十六烷基三甲基溴化铵和水混合以制得氧化石墨烯活化体系；2)将镍源、钯源和铈源分散于氧化石墨烯活化体系中，接着添加还原剂至体系中进行还原反应以制得石墨烯负载钯镍/氧化铈纳米复合材料。本专利技术还提供了一种石墨烯负载钯镍/氧化铈纳米复合材料的制备方法，该石墨烯负载钯镍/氧化铈纳米复合材料通过上述的制备方法制备而得。本专利技术进一步提供了一种氨硼烷催化分解方法，该氨硼烷催化分解方法为：将催化剂水溶液添加至氨硼烷水溶液中并在封闭条件下进行催化分解反应，其中，催化剂为上述的石墨烯负载钯镍/氧化铈纳米复合材料。在上述技术方案中，本专利技术通过一步法进行，如图1所示，先是在步骤1)中通过十六烷基三甲基溴化铵活化氧化石墨烯；在步骤2)中，整个反应历程中包括以下反应：镍源、钯源在体系中生成钯镍粒子；铈源生成的CeOx(X＝1.5或2)掺杂至钯镍粒子中生成钯镍合金CeOx掺杂粒子；氧化石墨烯(rGO)表面存在有大量的-OH基团，钯镍合金CeOx掺杂粒子利用CeO2其含有的不同氧化态对吸附OH-具有很好的性能将使得钯镍合金CeOx掺杂粒子负载在石墨烯上(纳米粒子固定在还原型氧化石墨烯能促进催化反应过程中的电子转移和传质动力)，同时利用还原剂将氧化石墨烯还原成石墨烯，还原型氧化石墨烯(rGO)作为单层碳膜，有诸如自由电子密度大、内在流动性高、表面积大等优点提高制得的石墨烯负载钯镍/氧化铈纳米复合材料的催化性能。此外，同时该制备方法步骤简单、条件温和可控且环境友好。另外，利用该石墨烯负载钯镍/氧化铈纳米复合材料能够高效地催化氨硼烷的分解。本专利技术的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明附图是用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本专利技术，但并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1是本专利技术石墨烯负载钯镍/氧化铈纳米复合材料的制备历程以及催化历程示意图；图2是检测例1中实施例1的Pd0.8Ni0.2@CeOx/rGO的120K倍下的TEM图；图3是检测例1中实施例1的Pd0.8Ni0.2@CeOx/rGO的80K倍下的TEM图；图4是检测例1中实施例1的Pd0.8Ni0.2@CeOx/rGO的高分辨TEM图；图5是检测例1中实施例1的Pd0.8Ni0.2@CeOx/rGO的EDX图；图6是检测例1中实施例1的Pd0.8Ni0.2@CeOx/rGO的XPS总谱图；图7是检测例1中实施例1的Pd0.8Ni0.2@CeOx/rGO中Ce3d的XPS图；图8是检测例1中实施例1的Pd0.8Ni0.2@CeOx/rGO中C1s的XPS图；图9是检测例1中Pd0.8Ni0.2@CeOx、Pd0.8Ni0.2/rGO、实施例1的Pd0.8Ni0.2@CeOx/rGO、Pd0.8Ni0.2NPs的XRD图；图10是应用例1中催化剂分别为Pd0.8Ni0.2@CeOx、Pd0.8Ni0.2/rGO、实施例1的Pd0.8Ni0.2@CeOx/rGO、Pd0.8Ni0.2NPs时，氨硼烷在298K下制氢水解曲线图；图11是应用例1中催化剂分别为实施例1-6的产物、Pd@CeOx/rGO、Ni@CeOx/rGO时，氨硼烷在298K下制氢水解曲线图图12是应用例1中催化剂分别为实施例1、7-9中的Pd0.8Ni0.2@CeOx/rGO时，氨硼烷在298K下制氢水解曲线图；图13是应用例1中催化温度分别为298K、303K、308K、313K、318K时，氨硼烷制氢水解曲线图；图14是应用例2中在318K下催化氨硼烷水解制氢循环实验结果统计图。具体实施方式以下对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。本专利技术提供了一种石墨烯负载钯镍/氧化铈纳米复合材料的制备方法，其特征在于，包括：1)将氧化石墨烯、十六烷基三甲基溴化铵和水混合以制得氧化石墨烯活化体系；2)将镍源、钯源和铈源分散于氧化石墨烯活化体系中，接着添加还原剂至体系中进行还原反应以制得石墨烯负载钯镍/氧化铈纳米复合材料。在上述制备方法的步骤1)中，各物料的用量可以在宽的范围内选择，但是为了使得氧化石墨烯能够充分地活化进而使得制得的石墨烯负载钯镍/氧化铈纳米复合材料具有更优异的催化性能，优选地，在步骤1)中，相对于10mg的氧化石墨烯，十六烷基三甲基溴化铵的用量为10-20mg，水的用量为5-15mL。在上述制备方法的步骤1)中，混合方式可以在宽的范围内选择，但是为了使得氧化石墨烯能够充分地活化进而使得制得的石墨烯负载钯镍/氧化铈纳米复合材料具有更优异的催化性能，优选地，在步骤1)中，混合通过超声震荡的方式进行，并且超声震荡的时间为5-20min。在上述制备方法的步骤2)中，各物料的用量可以在宽的范围内选择，但是为了使制得的石墨烯负载钯镍/氧化铈纳米复合材料具有更优异的催化性能，优选地，相对于10mg的氧化石墨烯，镍源的用量为2.4-23.8mg，钯源的用量为3.5-17.7mg，铈源的用量为3.5-15mg，还原剂的用量为20-40mg；更优选地，相对于10mg的氧化石墨烯，镍源的用量为4-6mg，钯源的用量为13-15mg，铈源的用量为6-8mg。在上述制备方法的步骤2)中，镍源的具体种类可以在宽的范围内选择，但是为了使制得的石墨烯负载钯镍/氧化铈纳米复合材料具有更优异的催化性能，优选地，镍源本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石墨烯负载钯镍/氧化铈纳米复合材料的制备方法，其特征在于，包括：1)将氧化石墨烯、十六烷基三甲基溴化铵和水混合以制得氧化石墨烯活化体系；2)将镍源、钯源和铈源分散于所述氧化石墨烯活化体系中，接着添加还原剂至体系中进行还原反应以制得所述石墨烯负载钯镍/氧化铈纳米复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯负载钯镍/氧化铈纳米复合材料的制备方法，其特征在于，包括：1)将氧化石墨烯、十六烷基三甲基溴化铵和水混合以制得氧化石墨烯活化体系；2)将镍源、钯源和铈源分散于所述氧化石墨烯活化体系中，接着添加还原剂至体系中进行还原反应以制得所述石墨烯负载钯镍/氧化铈纳米复合材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，在步骤1)中，相对于10mg的所述氧化石墨烯，所述十六烷基三甲基溴化铵的用量为10-20mg，所述水的用量为5-15mL。3.根据权利要求1所述的制备方法，其中，在步骤1)中，所述混合通过超声震荡的方式进行，并且超声震荡的时间为5-20min。4.根据权利要求1-3中任意一项所述的制备方法，其中，相对于10mg的所述氧化石墨烯，所述镍源的用量为2.4-23.8mg，所述钯源的用量为3.5-17.7mg，所述铈源的用量为3.5-15mg，所述还原剂的用量为20-40mg；优选地，相对于10mg的所述氧化石墨烯，所述镍源的用量为4-6mg，所述钯源的用量为13-15mg，所述铈源的用量为6-8mg。5.根据权利要求4所述的制备方法，其中，所述镍源选自六水合氯化镍、六水合硝酸化镍和六水合硫酸镍中的一种或多种；优选地，所述钯源选自氯化钯、一氧化钯和氢氧化钯...

【专利技术属性】
技术研发人员：周映华，王苏琴，张志严，
申请(专利权)人：安徽师范大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34