一种C‑Co复合纳米材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种C‑Co复合纳米材料，由络合剂与无机钴盐发生络合反应，然后进行热处理制得。其比表面积为67~157 m

A C Co nano composite material and preparation method and application thereof

The invention discloses a C Co composite nano materials, inorganic salt and complexing agent by cobalt complex reaction, then heat treatment system. The specific surface area of 67~157 M

【技术实现步骤摘要】
一种C-Co复合纳米材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及催化化学
，具体涉及一种C-Co复合纳米材料及其制备方法和应用。
技术介绍
随着人类对化石燃料的过度使用，造成了全球性的资源短缺以及能源问题，由此引发的环境的污染和气候的变化等一系列的问题，于是迫切的寻找一条可持续的绿色能源道路，开发一种清洁高效的能源，将成为人类发展的最终出路。氢能作为一种无污染、高效而且具有很高的能量密度的能源已经受到世界各国的关注。目前的储氢方法多种，其中氢化物储氢因其具有高效的储氢效率，易控制操作安全，反应条件简单等众多优点，成为国内外储氢领域研究的热点。近年来，高容量储氢物质（如NaBH4，NH3BH3等）日渐成为许多研究人员的研究重点，其可以在室温条件下实现高纯度氢的可控释放，不会对环境造成污染。然而，硼氢化物在没有催化剂的条件下几乎不会放氢，但加入催化剂后可以快速放氢，从而可实现在室温下进行可控制备和储存，因此，研究有效的，价格低廉的和稳定性好的催化剂且在温和的条件下能提高氢化物的水解，对于实际的应用是有必要的。经研究证明，大多数催化剂已经证明了可以有效的加速氢化物的水解，例如：各类的过渡金属盐，贵金属纳米簇团等【Catal.Commun，2011，13，40-43;Int.J.HydrogenEnerg,2009,34,2893-2900】。但是，由于金属纳米颗粒容易团聚和不稳定和常规方法制备的Co基催化剂材料的比表面积的大小在5~100m2g-1之间，直接作为催化剂在一定程度上阻碍了催化的性能【J.PowerSources2010,195,2136-2142】。另一方面，循环性能也是催化剂也是一项很重要的性能指标，一种循环性能好能够有效回收利用的催化剂，是现在催化硼氢化物的水解制氢迫切需要的。例如，Rakap,M.;Özkar,S等人，制备的Co基纳米催化剂循环5次后，保持率在68%【Int.J.Hydrog.Energy2010,35,3341–3346】。Yao,C.F.;Zhuang,L.;Cao等人，合成的Ru-Rh@PVP催化剂循环5次，保持率为31%【J.Alloy.Compd.2015,649,1025–1030】。Sun等人制备的Co-B-TiO2纳米复合材料催化剂循环10次后，保持率为76%【CeramicsInternational2015，1，899-905】。然而，他们的循环性能都不能满足要求。主要是因为在催化剂抽滤或离心回收的过程中，很容易破坏微观结构，极大影响循环以后的性能。因此，改变催化剂回收手段，可以有效提高循环性能，研发一种既能保证催化性能，又能实现高效回收循环利用，具有较高循环性能的催化剂是非常迫切和具有实用意义的。
技术实现思路
本专利技术的目的是要提供一种C-Co复合纳米材料。利用络合剂与金属离子络合生成的络合物，在热处理的过程中，络合物会生成碳氮化合物和金属纳米颗粒，由于金属纳米颗粒有催化的功能，使碳氮化合物包裹金属纳米颗粒，从而提供一种大比表面的碳负载金属纳米颗粒复合催化剂，具有高的催化性能，由于具有磁性，可以通过磁性的方法回收利用，回收率高且具有优良的循环性能，合成方法简单，价格低廉。为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：C-Co复合纳米材料，由络合剂与无机钴盐，以一定物质的量之比发生络合反应生成的络合物，然后将络合物进行热处理，从而制得C-Co复合纳米材料；其比表面积为67~157m2g-1；具有磁性，能被磁铁吸引。C-Co复合纳米材料作为硼氢化物水解制氢催化剂的应用，催化硼氢化物水解放氢速率为200~1800mLmin-1g-1，产氢率为100%；可以通过磁铁进行吸引回收，经过20次循环后，回收率达到99.5%，产氢速率保持在100~1530mLmin-1g-1，即保持初次的产氢速率的50~85%。C-Co复合纳米材料的制备方法包括以下步骤：步骤1）前驱体的准备，按络合剂与无机钴盐的物质的量之比为1:(1~6)，称取络合剂和无机钴盐，将络合剂加入到DMF中，然后加入三乙胺，加热搅拌至完全溶解，然后将无机钴盐加入到DMF溶液中，超声至完全溶解，再将上述得到的两种溶液混合后进行离心，洗涤后得到前驱体，所述络合剂为二乙烯三胺五乙酸，所述无机金属盐为六水合硝酸钴；步骤2）C-Co复合纳米材料的制备，将前驱体放到马弗炉中，在惰性气体的保护下，以加热温度为100℃~700℃，保温时间为0.5~4h进行热处理，即得到C-Co复合纳米材料。本专利技术相对于现有技术，具有以下优点：1.本专利技术合成的C-Co复合纳米材料具有磁性，可以通过磁性的方法回收利用，回收率为99.5%，并且具有优良的循环性能，在循环20次时，催化剂保留其原有产氢速率的81.5%；2.本专利技术C-Co复合纳米材料具有大的比表面积，比表面积的范围在67~157m2g-1，是常规方法制备的Co基催化剂材料的比表面积的2-3倍。3.本专利技术C-Co复合纳米材料及其制备方法在硼氢化物水解制氢中的应用，使其可以在常温常压下实现催化水解，放氢量为100%，水解放氢的速率可达1771mLmin-1g-1；4.制备工艺简单，产品性能稳定所制备的催化剂制备简单，适合大批量的制备，而且后处理工艺简单；因此，本专利技术与现有技术相比具有更优良的催化性能，提高了催化速率，特别在循环性能上具有独特优势，在硼氢化物水解制氢中的应用领域具有广阔的应用前景。附图说明：图1为实施例中，在500℃条件下进行热处理制备的C-Co复合纳米材料的扫描电镜图；图2为实施例中，三种不同的温度进行热处理制备的C-Co复合纳米材料的低温氮气吸附–脱附等温线图；图3为实施例中，三种不同的温度进行热处理制备的C-Co复合纳米材料催化NaBH4水解放氢速率图；图4为磁子吸附C-Co复合纳米材料及循环前和循环后对比图；图5为实施例中在500℃条件下进行热处理制备的C-Co复合纳米材料的循环性能图。具体实施方式下面的实施例是对本专利技术的进一步详细描述，但不是对本专利技术的限制。实施例：C-Co复合纳米材料的制备方法，具体操作步骤如下：步骤1）前驱体的准备，称取4mmol的DTPA和1mmol的六水合硝酸钴，先将DTPA加入30ml的DMF溶液中，之后加入1.5ml的三乙胺，加热搅拌至完全溶解，然后将六水合硝酸钴放入20ml的DMF中，超声至完全溶解，再将上述得到的两种溶液混合后进行离心，洗涤后得到前驱体；步骤2）C-Co复合纳米材料的制备，将前驱体放到马弗炉中，在N2氛围下，500℃进行热处理，即得到C-Co复合纳米材料。对上述C-Co复合纳米材料进行扫描电镜的测试，结果如图1所示，C-Co复合纳米材料的微观结构是多孔结构。为了研究不同热处理温度对C-Co复合纳米材料性能的影响，制备了一系列C-Co复合纳米材料，具体步骤中未特别说明的步骤与本实施例上述C-Co复合纳米材料的制备方法相同，不同之处在于：所述步骤2）中热处理的温度分别为400℃和600℃。将实施例中三种C-Co复合纳米材料进行低温氮气等温吸附性能测试，测试条件为在180℃条件下脱气10小时，然后在77K条件下进行氮气等温吸附。测试结果如图2所示，在500℃条件下进行热处理制备的C-Co复合纳米材料比表面积为1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种C‑Co复合纳米材料，其特征在于：由络合剂与无机钴盐，以一定物质的量之比发生络合反应生成的络合物，然后将络合物进行热处理，从而制得C‑Co复合纳米材料。

【技术特征摘要】
1.一种C-Co复合纳米材料，其特征在于：由络合剂与无机钴盐，以一定物质的量之比发生络合反应生成的络合物，然后将络合物进行热处理，从而制得C-Co复合纳米材料。2.根据权利要求1所述的C-Co复合纳米材料，其特征在于：比表面积为67~157m2g-1。3.根据权利要求1所述的C-Co复合纳米材料，其特征在于：具有磁性，能被磁铁吸引。4.根据权利要求1所述C-Co复合纳米材料作为硼氢化物水解制氢催化剂的应用，其特征在于：催化硼氢化物水解放氢速率为200~1800mLmin-1g-1，产氢率为100%。5.根据权利要求1所述C-Co复合纳米材料作为硼氢化物水解制氢催化剂的应用，其特征在于：可以通过磁铁进行吸引回收，经过20次循环后，回收率达到99.5%，产氢速率保持在100~1530mLmin-1g-1，即保持初次的产氢速率的50~85%。6.根据权利要求1所述C-Co复合纳米材料的制备方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙立贤，吴廷焕，徐芬，高玉波，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：广西,45