一种Co-B/NGO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Co‑B/NGO复合纳米材料，由掺氮石墨烯与无机钴盐经过硼氢化钠原位还原，然后进行冷冻干燥制得。其比表面积为40‑100 m

A Co-B/NGO Composite Nanomaterial and Its Preparation Method and Application

The invention discloses a Co_B/NGO composite nanomaterial, which is prepared by in-situ reduction of nitrogen-doped graphene and inorganic cobalt salt by sodium borohydride and then freeze-drying. Its specific surface area is 40_100 M

【技术实现步骤摘要】
一种Co-B/NGO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Co-B/NGO复合纳米材料及其制备方法和应用。
技术介绍
能源是人类赖以生存的最重要的物质，是人类发展中最重要的资源。人类对能源的使用在人类的进化和发展史上起到了至关重要的作用，钻木取火带来了原始文明的发展，煤炭的使用带来了钢铁冶炼的发展，石油、天然气等能源的使用更是带来了现代化工业的发展。近代工业飞速发展，对能源的消耗越来越大，与此同时带来的环境污染问题与能源枯竭问题也越来越严重。氢能作为高效洁净的二次能源，近年来受到人们的广泛关注。其中高容量储氢物质(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。作为一种储氢材料NaBH4有很高的储氢密度(10.6wt.％)，而且，在NaBH4水解放氢的反应中，释放出的氢气有一半是来自于水，也就是说每当有1gNaBH4水解时，最大可以释放出0.212g的氢气。NaBH4水解制氢产出的氢气纯度高，不含CO、CO2等杂质气体，能够满足燃料电池对纯度的要求，另外它还具有反应易控制、安全性高、无毒无污染等优点。硼氢化物可以通过热解和水解两种方式释放氢气，但是热解需要高温环境，因此限制了它的实际应用。硼氢化物水解过程操作简单，方便易行，加入合适的催化剂后室温下就可以快速的释放氢气。另外，反应产物中的氢气有一半是来源于水，更提高了其产氢的能力。但是，单纯的硼氢化物水解速率特别慢，因此，寻找高效廉价的催化剂是硼氢化物水解放氢应用的关键步骤。另一方面，循环性能是衡量催化剂一项很重要性能指标，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，Yao,C.F.；Zhuang,L.；Cao等人，合成的Ru-Rh@PVP催化剂循环5次，保持率仅为31％【J.Alloy.Compd.2015,649,1025–1030】。循环性能不能满足要求的主要是：因为在采用抽滤或离心的回收方法，会对催化剂材料的微观结构产生不可逆转的破坏，进而大幅降低催化剂在循环回收后的催化性能。贵金属催化剂具有很高的催化效率，但是成本太高，商业应用价值不高。非贵金属催化剂价格低廉，但是催化效果较差。开发一种低成本的高效催化剂仍是目前该领域亟待解决的问题，通过提高非贵金属催化剂材料的比表面积和表面活性位点来改善催化剂的性能是一个很好的研究方向。负载型多元催化剂就是通过金属间的协同作用和负载材料的支持分散作用来提高催化剂的性能，有很好的发展前景。
技术实现思路
本专利技术的目的是要提供一种Co-B/NGO复合纳米材料。利用掺氮石墨烯、金属离子与硼氢化钠进行原位还原，在原位还原的过程中，金属纳米颗粒会附着于掺氮石墨烯上，由于金属纳米颗粒有催化的功能，从而提供一种大比表面的掺氮石墨烯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，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：Co-B/NGO复合纳米材料，由掺氮石墨烯与无机钴盐，以一定物质的量之比用硼氢化钠进行原位还原，然后将其进行冷冻干燥，从而制得Co-B/NGO复合纳米材料；其比表面积为40-100m2g-1；具有磁性，能被磁铁吸引。Co-B/NGO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500-1700mLmin-1g-1，产氢率为100％；可以通过磁铁进行吸引回收，经过5次循环后，回收率达到65％，产氢速率保持在100-1530mLmin-1g-1，即保持初次的产氢速率的50-85％。Co-B/NGO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，按掺氮石墨烯与无机钴盐的物质的量之比为1:(1-6)，称取掺氮石墨烯和无机钴盐，将掺氮石墨烯与无机钴盐加入到去离子水中超声分散，然后加入硼氢化钠进行原位还原，再将上述得到的溶液进行离心，洗涤后得到前驱体；所述无机金属盐为六水合硝酸钴；步骤2)Co-B/NGO复合纳米材料的制备，将前驱体放到冰箱中，冷冻24h，以一定温度下进行冷冻干燥，即得到Co-B/NGO复合纳米材料。Co-B/NGO纳米复合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。测试结果表明，在-48℃条件下进行冷冻干燥制备的Co-B/NGO纳米复合材料比表面积为40-100m2g-1，BJH孔径分布曲线表明，Co-B/NGO纳米复合材料介孔的尺寸在3-4nm。Co-B/NGO纳米复合材料进行催化硼氢化钠放氢性能测试，称取Co-B/NGO纳米复合材料分散到NaOH溶液中，密封，通过恒温水浴控制溶液的温度，将产生的氢气通过排水法收集，记录单位时间内产生的氢气的体积，得到放氢性能。测试结果表明，Co-B/NGO纳米复合材料，放氢速率为500-1700mLmin-1g-1。Co-B/NGO纳米复合材料的循环性能测试，将已进行放氢测试的500-1700纳米复合材料通过磁铁收集，再次进行放氢测试，然后重复以上步骤，得到放氢速率。测试结果表明，循环后的产氢速率仍可保持原有的产氢速率的50-85％。Co-B/NGO纳米复合材料进行扫描电镜的测试结果表明，Co-B/NGO纳米复合材料的微观结构是片层结构。Co-B/NGO纳米复合材料由阿伦尼乌斯(Arrheniusequation)经验公式可得：k＝A·exp(－Ea/RT)；利用一系列温度下测得Co-B/NGO反应最大产氢速率，得到活化能Ea为16-24kJmol-1，相对于现有技术(LanYang,NanCao,ChengDu等MaterialsLetters115(2014)113–116)提供的Co/GO的活化能为32.75kJmol-1，本专利技术的活化能有大幅下降。本专利技术相对于现有技术，具有以下优点：1.本专利技术利用原位还原法制备Co-B/NGO复合材料，其中在石墨烯上引入氮原子掺杂可以修饰其外层电子结构，从而影响其物理化学性能，改变材料的催化性能。2.本专利技术Co-B/NGO复合纳米材料具有低的活化能，活化能越低，表明反应速率越快。3.本专利技术合成的Co-B/NGO复合纳米材料具有磁性，可以通过磁性的方法回收利用，有效保护材料的微观形貌，大幅提高循环后的产氢速率，通过磁性方法回收的回收率为99.5％以上，并且具有优良的循环性能，在循环5次时，催化剂保留其原有产氢速率的65％，相对于现有技术，保持率大幅提高一倍以上；4.本专利技术Co-B/NGO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1675mLmin-1g-1；5.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Co-B/NGO复合纳米材料的扫描电镜图；图2为实施例中Co-B/NGO复合纳米材料的低温氮气吸附–脱附等温线本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Co‑B/NGO复合纳米材料，其特征在于：由掺氮石墨烯与无机钴盐，以一定物质的量之比进行超声复合，然后加入硼氢化钠溶液进行原位还原，最后将还原得到的产物进行冷冻干燥，从而制得Co‑B/NGO复合纳米材料。

【技术特征摘要】
1.一种Co-B/NGO复合纳米材料，其特征在于：由掺氮石墨烯与无机钴盐，以一定物质的量之比进行超声复合，然后加入硼氢化钠溶液进行原位还原，最后将还原得到的产物进行冷冻干燥，从而制得Co-B/NGO复合纳米材料。2.根据权利要求1所述的Co-B/NGO复合纳米材料，其特征在于：比表面积为40-100m2g-1。3.根据权利要求1所述的Co-B/NGO复合纳米材料，其特征在于：具有磁性，能被磁铁吸引，即可以通过磁性进行回收循环利用，回收率为99.5-100%。4.根据权利要求1所述Co-B/NGO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500-1700mLmin-1g-1，产氢率为100%，活化能Ea为16-24kJmol-1。5.根据权利要求1所述Co-B/NGO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5次循环后...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙立贤，李晶华，徐芬，陈沛荣，陆磊磊，朱宇，
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