钯纳米粒子负载层状双氢氧化物的纳米复合材料及其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钯纳米粒子负载层状双氢氧化物的纳米复合材料及其制备方法以及氨硼烷催化分解方法，该制备方法包括：1)将钴源、2‑甲基咪唑、表面活性剂、水进行配位聚合反应以制得配位聚合物ZIF‑67；2)将配位聚合物ZIF‑67、镍源于有机溶剂中进行接触反应以制得NiCo LDH；3)将钯源、NiCo LDH分散于水中，接着将体系的pH调至9.5‑10.5，然后进行水热反应以制得钯纳米粒子负载层状双氢氧化物的纳米复合材料。通过该方法制得的钯纳米粒子负载层状双氢氧化物的纳米复合材料具有优异的催化性能进而适用于氨硼烷催化分解；同时，该制备方法步骤简单、条件温和可控且对环境友好。

Palladium nanoparticles loaded with layered double hydroxide nanocomposites and their preparation methods and the catalytic decomposition method of ammonia borane

The invention discloses a decomposition method of palladium nano composite material and preparation of nanoparticles supported layered double hydroxide and ammonia borane catalysis, the preparation method comprises: 1) cobalt source, 2 2-methylimidazole, surface active agent and water coordination polymerization to prepare coordination polymer ZIF 67; 2) the coordination polymer ZIF 67, the source of nickel in organic solvent by contacting reaction to prepare NiCo LDH; 3) PD source and NiCo LDH dispersed in water, then the system of pH to 9.5 10.5, then the hydrothermal reaction to prepare palladium nano composite nanoparticles loading layered double hydroxides. The palladium nanoparticles supported layered double hydroxides nanocomposite prepared by this method has excellent catalytic performance and is suitable for the catalytic decomposition of ammonia borane. Meanwhile, the preparation process is simple, mild and controllable, and environmentally friendly.

【技术实现步骤摘要】
钯纳米粒子负载层状双氢氧化物的纳米复合材料及其制备方法以及氨硼烷催化分解方法
本专利技术涉及纳米复合材料，具体地，涉及一种钯纳米粒子负载层状双氢氧化物的纳米复合材料及其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25℃下便可发生，反应条件温和。目前，用于氨硼烷分解的催化剂有：铂，钌,铑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)单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钯纳米粒子负载层状双氢氧化物的纳米复合材料及其制备方法以及氨硼烷催化分解方法，通过该方法制得的钯纳米粒子负载层状双氢氧化物的纳米复合材料具有优异的催化性能进而适用于氨硼烷催化分解；同时，该制备方法步骤简单、条件温和可控且对环境友好。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种钯纳米粒子负载层状双氢氧化物的纳米复合材料的制备方法，该制备方法包括：1)将钴源、2-甲基咪唑、表面活性剂、水进行配位聚合反应以制得配位聚合物ZIF-67；2)将配位聚合物ZIF-67、镍源于有机溶剂中进行接触反应以制得NiCoLDH(镍钴层状双氢氧化物)；3)将钯源、NiCoLDH分散于水中，接着将体系的pH调至9.5-10.5，然后进行水热反应以制得钯纳米粒子负载层状双氢氧化物的纳米复合材料。本专利技术还提供了一种钯纳米粒子负载层状双氢氧化物的纳米复合材料，该钯纳米粒子负载层状双氢氧化物的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：在封闭条件以及催化剂存在下，将氨硼烷于水中进行催化分解反应，其中，催化剂为上述的钯纳米粒子负载层状双氢氧化物的纳米复合材料。在上述技术方案，本专利技术如图1a所示，先是通过配位聚合反应制得配位聚合物ZIF-67；接着以ZIF-67为模板，借助镍源制得镍钴层状双氢氧化物；最后，通过水热反应将钯源、NiCoLDH为载体进行反应制得钯纳米粒子负载在层状双氢氧化物上的纳米复合材料。该纳米复合材料具有优异的催化性能进而适用于高效催化分解氨硼烷(如图1b所示)；同时，该制备方法步骤简单、条件温和可控且对环境友好。其中，层状双氢氧化物(LayerDoubleHydroxide,LDHs)是具有经典的层状结构，层板内原子间是共价结合，层间为离子键、氢键等弱相互作用。其结构与水镁石结构类似，由纳米级层板和层间阴离子构成。LDHs的通式可以用[M2+1-xM3+x(OH)2[An-]·yH2O表示，其中M2+、M3+分别表示二价和三价的阳离子，An-为非组成框架的电荷平衡物质。LDHs由于其独特的层间化学特性和层状结构可作为载体使用。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1a是实施例1的纳米复合材料的制备过程历程图；图1b是本专利技术提供的纳米复合材料催化分解氨硼烷的反应历程图；图2是检测例1中0.0025mol/gPd/LDH在80K倍下的TEM图；图3是检测例1中0.0015mol/gPd/LDH在80K倍下的TEM图；图4是检测例1中0.0005mol/gPd/LDH在80K倍下的TEM图；图5a是实施例3中0.0025mol/gPd/LDH的HRTEM图；图5b是实施例3中0.0025mol/gPd/LDH的SAED图；图6是检测例1中实施例1-3的Pd/LDH的XRD图；图7是应用例1中不同催化剂催化氨硼烷在298K下制氢水解曲线图；图8是应用例1中0.0025mol/gPd/LDH催化氨硼烷制氢的动力学测试图；图9是应用例2中在298K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。在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。本专利技术提供了一种钯纳米粒子负载层状双氢氧化物的纳米复合材料的制备方法，该制备方法包括：1)将钴源、2-甲基咪唑、表面活性剂、水进行配位聚合反应以制得配位聚合物ZIF-67；2)将配位聚合物ZIF-67、镍源于有机溶剂中进行接触反应以制得NiCoLDH(镍钴层状双氢氧化物)；3)将钯源、NiCoLDH分散于水中，接着将体系的pH调至9.5-10.5，然后进行水热反应以制得钯纳米粒子负载层状双氢氧化物的纳米复合材料。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，但是为了使制得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1g的2-甲基咪唑，钴源的用量为50-60mg，表面活性剂的用量为1-5mg，水的用量为10-20ml。在上述制备方法的步骤1)中，配位聚合反应的条件可以在宽的范围内选择，但是为了使制得纳米复合材料具有更优异的催化性能，优选地，配位聚合反应至少满足以下条件：反应温度为15-35℃，反应时间为5-40min。在上述制备方法的步骤1)中，物料的种类可以在宽的范围内选择，但是为了使制得纳米复合材料具有更优异的催化性能，优选地，在步骤1)中，钴源选自硝酸钴、氯化钴、硫酸钴和碳酸钴中的至少一者，表面活性剂选自十六烷基三甲基溴化铵和聚乙烯吡咯烷酮中的至少一者。在上述制备方法的步骤1)中，物料的添加顺序可以在宽的范围内选择，但是为了使制得纳米复合材料具有更优异的催化性能，优选地，在步骤1)中，物料的添加顺序为：先将2-甲基咪唑与一部分水混合，然后添加钴源、表面活性剂与剩余的水。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，但是为了使制得纳米复合材料具有更优异的催化性能，优选地，在步骤2)中，相对于30mg的配位聚合物ZIF-67，镍源的用量为50-150mg，有机溶剂的用量为15-25mg。在上述制备方法的步骤2)中，接触反应的条件可以在宽的范围内选择，但是为了使制得纳米复合材料具有更优异的催化性能，优选地，接触反应满足以下条件：于80-90℃下回流直至反应体系的紫色褪去。在上述制备方法的步骤2)中，物料的种类可以在宽的范围内选择，但是为了使制得纳米复合材料具有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钯纳米粒子负载层状双氢氧化物的纳米复合材料的制备方法,其特征在于，所述制备方法包括：1)将钴源、2‑甲基咪唑、表面活性剂、水进行配位聚合反应以制得配位聚合物ZIF‑67；2)将所述配位聚合物ZIF‑67、镍源于有机溶剂中进行接触反应以制得NiCo LDH(镍钴层状双氢氧化物)；3)将钯源、所述NiCo LDH分散于水中，接着将体系的pH调至9.5‑10.5，然后进行水热反应以制得钯纳米粒子负载层状双氢氧化物的纳米复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种钯纳米粒子负载层状双氢氧化物的纳米复合材料的制备方法,其特征在于，所述制备方法包括：1)将钴源、2-甲基咪唑、表面活性剂、水进行配位聚合反应以制得配位聚合物ZIF-67；2)将所述配位聚合物ZIF-67、镍源于有机溶剂中进行接触反应以制得NiCoLDH(镍钴层状双氢氧化物)；3)将钯源、所述NiCoLDH分散于水中，接着将体系的pH调至9.5-10.5，然后进行水热反应以制得钯纳米粒子负载层状双氢氧化物的纳米复合材料。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1g的所述2-甲基咪唑，所述钴源的用量为50-60mg，所述表面活性剂的用量为1-5mg，所述水的用量为10-20ml；优选地，所述配位聚合反应至少满足以下条件：反应温度为15-35℃，反应时间为5-40min。3.根据权利要求1所述的制备方法，其中，在步骤1)中，所述钴源选自硝酸钴、氯化钴、硫酸钴和碳酸钴中的至少一者，所述表面活性剂选自十六烷基三甲基溴化铵和聚乙烯吡咯烷酮中的至少一者；优选地，在步骤1)中，物料的添加顺序为：先将2-甲基咪唑与一部分水混合，然后添加钴源、表面活性剂与剩余的水。4.根据权利要求1-3中任意一项所述的制备方法，其中，在步骤2)中，相对于30mg的所述配位聚合物ZIF-67，所述镍源的用量为50-150mg，所述有机溶剂的用量为15-25mg；优选地，所述接触反应满足以下条件：于80-90℃下回流直至反应体系的紫色褪去。5.根据权利要求4所述的制备方法，其...

【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