一种硼氢化钠溶液水解制氢催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种硼氢化钠水解制氢催化剂极其制备方法，属于氢能及燃料电池领域。该泡沫镍载钌催化剂是由泡沫镍和钌组成，通过电镀法将钌负载于泡沫镍表面。本发明专利技术先将泡沫镍进行预处理除杂，然后通过电镀法将钌均匀负载在泡沫镍表面。本发明专利技术具有高产氢速率、稳定的催化性能，电镀负载钌质量含量在3％-5％之间，钌表面质量密度为1.0-2.0mg/cm2，产氢速率稳定在2-4L/g·min。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，属于氢能及燃料电 池
。
技术介绍
氢能源，作为清洁能源的一种，一直受到广泛关注。氢气的储存方式有：以分子形 式储存在压力容器中，液化氢气罐储氢，碳材料储氢，以及金属氢化物（MH)储氢，金属错氢 化物和金属硼氢化物储氢等。NaBH 4在常温下稳定，无太大毒性，储存方法简单，NaBH4水解 制氢被认为是一种安全、方便、实用性强的技术，其主要优点为理论储氢率高、氢气纯度高、 反应启动快、易控制和安全。 在催化剂存在下，硼氢化钠在碱性水溶液中可水解产生氢气和偏硼酸钠，反应如 下： NaBH4+2H20 - 4H2 t +NaB02 25°C标准状态下，该反应过程的焓变为-217kJ，是放热反应。 如果没有催化剂，上述反应也能进行，其反应速度与溶液的pH值和温度有关，经 验公式如下： lg t1/2 = ρΗ-(0. 034T-1. 92) 式中t1/2是NaBH4半衰期（单位为分钟），T是绝对温度。当pH值为8时，即使在 常温下，NaBH 4溶液也会很快水解。因此，为了使NaBH4制氢能够得到实际应用，必须将其保 持在强碱性溶液中。在25°C和pH值为14的情况下，硼氢化钠溶液的半衰期为430天，可满 足实际应用要求。利用硼氢化钠的碱性溶液来生产氢气必须有足够快的反应速度。研究发 现，使用催化剂或酸以及升高体系温度都可以加速硼氢化钠的水解反应速度。使用不同的 催化剂时，氢气的生成速度不同，各种金属催化剂对NaBH 4水解速度的影响也不同。 由NaBH4制氢催化剂主要采用阴离子交换树脂担载钌（Ru)、钼（Pt)等贵金属做催 化剂，由于离子交换树脂较脆，催化剂容易脱落，不易长时间，同时也无法多次循环使用，因 此无法满足生产实际要求。泡沫镍具有多孔性，力学性能比离子交换树脂高。实验室制备 的硼氢化钠制氢催化剂性能较好，但是在催化剂使用寿命和性能稳定性方面鲜有报道。因 此，研究和开发一种高产氢速率、催化性能稳定、寿命长的催化剂和制备方法成为该技术领 域亟待解决的技术难题。 本专利技术目的之一在于提供一种高制氢率、性能稳定、寿命长的硼氢化钠水解制氢 催化剂。 本专利技术的上述目的通过以下技术方案实现： 一种硼氢化钠水解制氢的催化剂，在多孔泡沫镍表面上负载金属钌。 其中，泡沫镍面密度为400g/m2,镀液中三氯化钌的浓度为0. 01-0. 05mol/L，优选 为 0·02-0. 03mol/L。 通过电镀法将钌负载与泡沫镍的表面。 本专利技术的另一目的是提供上述泡沫镍载钌催化剂的制备方法。 -种硼氢化钠水解制氢催化剂的制备方法，包括如下步骤： (1)泡沫镍预处理 将面密度400g/m2的泡沫镍浸泡在无水乙醇中，于25°C下超声波机械振荡1小时 以上，充分清洗其表面油污。 将乙醇浸泡后的泡沫镍用去离子水超声，然后浸在0. Olmol/L的盐酸常温下磁子 搅拌0. 5小时除去无机杂质。 用去离子水超声振荡清洗干净以除其表面的氧化物。 室温下通风放置12小时进行干燥，称重，放入封装袋内备用。 (2)电镀钌 将泡沫镍浸渍于RuC13与氨基磺酸氨质量分数比在1 : 10-1 : 50混合溶液中， 温度50-80°C电流密度300-2000mA/cm2条件下进行电镀。待镀液呈澄清浅绿色，更换溶液 再次电镀。最后当颜色不再变化时，将泡沫镍取出，去离子水冲洗干净后，常温晾干。 本专利技术的有益效果： 本专利技术的泡沫镍载钌催化剂的产氢率较高、分布致密、性能稳定。 下面通过附图和具体实施例对本专利技术做进一步说明，但并不意味着对本专利技术保护 范围的限制。 【附图说明】 如图1所示，为本专利技术中催化剂镀钌前的泡沫镍载体的SEM照片。 图2是催化剂电镀钌之后的泡沫镍载钌Sffl照片。从中可以看出，钌均匀分布在 泡沫镍表面且结合致密。 图3是泡沫镍载钌催化在硼氢化钠水溶液中的制氢产率测试曲线。催化剂产氢率 在开始几次试验中的反应速率较高，这是可能是因为开始制氢反应的时候催化剂表面全 部是钌。随着反应次数的增加，在催化剂钌的表面沉积偏硼酸钠，部分钌被覆盖引起催化效 率下降。随着反应次数的进行，产氢速率基本处于相对稳定。同时，我们发现每次在对催化 剂洗涤和干燥后的反应中，速率都会有提升。从产氢速率测试结果中，我们发现电镀法产氢 速率基本上稳定在2-4L/g ·π?η，比文献报道的产氢速率要高（Yingbo Chen，Hern Kim，[J] Materials Letters，2008,62 (829) :1451-1454),且在多次产氢之后的速率平稳。 由此可以看出，本专利技术所制备的泡沫镍载钌催化剂中的钌均匀分布在泡沫镍表 面，且结合致密。对采用电镀法制备的泡沫镍载钌催化剂进行100次寿命试验，结果表面， 产氢速率稳定，且产氢速率稳定在2_4L/g · min。 【具体实施方式】 实施例1 (1)泡沫镍预处理 将面密度400g/m2的泡沫镍浸泡在无水乙醇中，于25°C下超声波机械振荡1小时， 充分清洗其表面油污。 将乙醇浸泡后的泡沫镍用去离子水超声，然后浸在0. Olmol/L的盐酸中常温下磁 子搅拌0.5小时。 用去离子水超声振荡清洗0. 5小时，以除其表面的氧化物。 室温下通风放置12小时进行干燥，称重，放入封装袋内备用。（基本都一样，不需 要每个实施例都写一遍，重点放在镀上吧，前处理可以不需要） (2)电镀钌 将泡沫镍浸渍于3g/L RuCl3、60g/L氨基磺酸氨混合溶液中，温度50°C电流密度 300mA/cm2条件下进行电镀36小时，将泡沫镍取出，去离子水冲洗干净后，常温晾干。 实施例2 (1)泡沫镍预处理 实验方法同上。 (2)电镀钌 将泡沫镍浸渍于2g/L RuCl3、50g/L氨基磺酸氨混合溶液中，温度55°C电流密度 2000mA/cm2条件下进行电镀24小时，将泡沫镍取出，去离子水冲洗干净后，常温晾干。 实施例3 (1)泡沫镍预处理 实验方法同上。 ⑵电镀钌 将泡沫镍浸渍于4g/L RuCl3、200g/L氨基磺酸氨混合溶液中，温度60°C电流密度 600mA/cm2条件下进行电镀48小时，将泡沫镍取出，去离子水冲洗干净后，常温晾干。 实施例4 (1)泡沫镍预处理 实验方法同上。 (2)电镀钌 将泡沫镍浸渍于10g/L RuC13、100g/L氨基磺酸氨混合溶液中，温度70°C电流密度 800mA/cm2条件下进行电镀36小时，将泡沫镍取出，去离子水冲洗干净后，常温晾干。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硼氢化钠水解制氢催化剂，其特征在于：由泡沫镍和钌组成，钌负载于泡沫镍的表面。电镀负载钌质量含量在3％‑5％之间，钌表面质量密度为1.0‑2.0mg/cm2。

【技术特征摘要】
1. 一种硼氢化钠水解制氢催化剂，其特征在于：由泡沫镍和钌组成，钌负载于泡沫镍 的表面。电镀负载钌质量含量在3% -5%之间，钌表面质量密度为1. 0-2. Omg/cm2。2. 根据权利要求1所述的泡沫镍载钌催化剂，其特征在于：泡沫镍是多孔分布，面密度 为 300-500g/m2。3. 根据权利要求1所述的泡沫镍载钌催化剂，其特征在于：通过电镀的方法将钌负载 于泡沫镍表面。4. 根据权利要求1所述的泡沫镍载钌催化剂，其特征在于：RuC13与氨基磺酸氨质量浓 度比例为1 : 15-1 : 25。5. 根据权利要求1所述的泡沫镍载钌催化剂的制备方法为： (1) 泡沫镍预处理 将面密度300-500g/m2的泡沫镍浸泡在无水乙醇中，于25°C下超声波机械振荡0. 5-1 小时，充分清洗其表面油污。 将乙醇浸泡后的泡沫镍用去离子水超声，然后浸在0. Olm...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏永生，朱红，王芳辉，杜少宇，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11