本发明专利技术公开一种NaBH4制氢催化剂Co‑CoOx@C‑rGO及其制备方法。所述催化剂的分子式为Co‑CoOx@C‑rGO，结构为生长在rGO片上的碳壳包覆的Co‑CoOx纳米颗粒。制备步骤如下：将GO完全分散于乙醇中；将金属盐C4H6CoO4的水溶液加入到GO的乙醇分散液中，然后水浴中搅拌；接着加入葡萄糖的水溶液，搅拌后移入反应釜，水热反应,抽滤，用水和乙醇清洗；然后冷冻干燥24h；把研磨所得固体放入管式炉中，在氮气气氛下，以550‑750℃焙烧1h，制得Co‑CoOx@C‑rGO。本发明专利技术制备的催化剂用于催化NaBH4制氢催化活性很高。
【技术实现步骤摘要】
一种NaBH4制氢催化剂Co-CoOx@C-rGO及其制备方法
本专利技术属于催化制氢
，具体涉及一种NaBH4制氢催化剂Co-CoOx@C-rGO及其制备方法。
技术介绍
日益增长的能源需求促使人们研究高效、低成本和环境友好的替代能源用于工业生产。氢能是化石燃料的最好替代能源，因为其具有能量密度高、环境友好、来源丰富及可再生等优点。NaBH4是氢能源的良好载体，催化NaBH4制氢已经引起人们的广泛关注，催化NaBH4制氢催化剂的研究已经成为研究热点。催化剂的制备成本和催化活性是影响其应用的关键问题。贵金属Pt和Ru催化剂虽然具有高催化活性，但储量低、成本高，影响大规模的使用。因此，研究储量高、廉价、高效的非贵金属催化剂是实现NaBH4低成本制氢的关键科学问题，也是目前该领域的研究重点。过渡金属有望作为贵金属Pt和Ru的替代催化剂。其中金属Co具有价格低、催化活性高、无毒、稳定性好等优点，是催化NaBH4产氢催化剂的研究重点。
技术实现思路
针对上述现状，本专利技术的目的在于提供一种NaBH4制氢的催化剂Co-CoOx@C-rGO及其制备方法。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：一种NaBH4制氢催化剂，分子式为Co-CoOx@C-rGO，结构为生长在rGO片上的碳壳包覆的Co-CoOx纳米颗粒。一种所述NaBH4制氢催化剂的制备方法，步骤如下：(1)先将GO分散于乙醇溶液中，获得GO的乙醇分散液；(2)将金属盐C4H6CoO4的水溶液加入到GO的乙醇分散液中，水浴中搅拌反应充分；(3)加入葡萄糖的水溶液继续搅拌反应，然后水热反应；(4)抽滤，用水和乙醇清洗，然后冷冻干燥；(5)研磨后，氮气气氛下，高温焙烧，收集产物制得催化剂。步骤(1)中，GO的乙醇分散液的浓度为0.95～1.05mg·mL-1。步骤(2)中，以质量比计，GO∶C4H6CoO4＝1∶3～4；水浴温度为75～85℃，水浴时间保持9.5～10.5h。步骤(3)中，水热反应温度为170～180℃，水热时间保持11.5～12.5h。步骤(4)中，用冷冻干燥时间为24～26h，温度为-50～-40℃，真空度为25～45pa。步骤(5)中，焙烧时，升温速率为9～11℃·min-1，焙烧温度为550-750℃，焙烧时间为0.9～1.1h。有益效果：1.本专利技术采用金属Co形成碳包覆的核壳结构可以阻止颗粒的长大、聚集，有利于催化的稳定性；2.石墨烯作为基底材料的应用优势已经得到证实，纳米颗粒负载在石墨烯上可增大催化剂的比表面积，从而有利于增加催化活性位点；3.金属Co与金属钴CoOx形成异质结，可发挥Co与CoOx之间的协同作用，有利于提高催化活性，降低活化能。因此，本专利技术采用简单的方法用非贵金属Co，葡萄糖和rGO，形成碳壳包覆的Co-CoOx异质结并负载在石墨烯上得到Co-CoOx@C-rGO催化剂，用于催化NaBH4水解制氢催化活性很高。附图说明图1：Co-CoOx@C-rGO-550(a)、Co-CoOx@C-rGO-650(b)和Co-CoOx@C-rGO-750(c)的透射电子显微镜图；图2：Co-CoOx@C-rGO-550、Co-CoOx@C-rGO-650和Co-CoOx@C-rGO-750的X射线粉末衍射图；图3：Co-CoOx@C-rGO-550，Co-CoOx@C-rGO-650和Co-CoOx@C-rGO-750的催化NaBH4制氢图(a)、不同温度下Co-CoOx@C-rGO-550催化NaBH4制氢图(b)和与(b)相应的Arrhenius曲线图(c)。具体实施方式为使本专利技术更加清楚、明确，以下对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。所述催化剂的分子式为Co-CoOx@C-rGO，结构为生长在rGO(还原氧化石墨烯)片上的碳壳包覆的Co-CoOx纳米颗粒。所述NaBH4制氢的催化剂的制备方法，步骤如下：(1)、将GO放入乙醇中，搅拌与超声交替进行，获得GO的乙醇分散液；(2)、将金属盐C4H6CoO4的水溶液加入到GO的乙醇分散液中，之后置于80℃的水浴中搅拌10h；(3)、加入葡萄糖的水溶液继续搅拌30min，然后移入500mL反应釜，170℃水热12h；(4)、抽滤，用水和乙醇清洗，然后冷冻干燥24h；(5)、研磨冷冻干燥后固体放入管式炉，在氮气气氛下以10℃·min-1升温，在550-750℃下焙烧1h，收集产物制得催化剂。较好地，步骤(1)中，GO的乙醇分散液的浓度为0.95-1.05mg·mL-1。较好地，步骤(2)中，以质量比计，GO∶C4H6CoO4＝1∶3-4，C4H6CoO4∶水＝1∶56-57；水浴温度为80℃，水浴时间保持10h。较好地，步骤(3)中，以质量比计，以质量比计，葡萄糖∶水＝1∶12-13；所述反应釜体积为500mL，水热温度为170℃，水热时间保持12h。较好地，步骤(4)中，用冷冻干燥机干燥，干燥时间为24h，温度为-45℃，真空度为35pa。较好地，步骤(5)中，气氛为氮气，升温速率为10℃·min-1，焙烧温度为550-750℃，焙烧时间为1h。实施例1催化剂Co-CoOx@C-rGO-550的制备方法，步骤如下：(1)、将GO(300mg)加入乙醇(300mL)中，搅拌超声交替进行2h，保证均匀分散，得到GO的乙醇分散液，转移到三口瓶(500mL)中；(2)、将金属盐C4H6CoO4的水溶液(0.2M，60mL)加入到GO的乙醇分散液中，之后置于80℃的水浴中搅拌10h；(3)、将葡萄糖(800mg)的水溶液(10mL)加入上述液体中，继续搅拌30min，然后移入500mL反应釜，170℃水热12h；(4)、抽滤，用水和乙醇清洗，然后冷冻干燥24h；(5)、研磨冷冻干燥后固体放入管式炉，在氮气气氛下以10℃·min-1升温，在550℃下焙烧1h，收集产物制得目标产品，编号为Co-CoOx@C-rGO-550。实施例2与实施例1的不同之处在于：步骤(5)中，焙烧温度为650℃，其它均同实施例1。所得目标产品编号为Co-CoOx@C-rGO-650。实施例3与实施例1的不同之处在于：步骤(5)中，焙烧温度为750℃，其它均同实施例1。所得目标产品编号为Co-CoOx@C-rGO-750。催化剂结构表征图1为实施例1-3制备的催化剂Co-CoOx@C-rGO-550(a)、Co-CoOx@C-rGO-650(b)和Co-CoOx@C-rGO-750(c)的透射电子显微镜图。从图1(a)、(b)和(c)中可以看出碳壳包覆的Co-CoOx生长在大片的rGO片上。图(a)中能清楚看到：较小的、碳壳包覆的Co-CoOx纳米颗粒均匀生长在rGO片上；图(b)中可以看到：由于反应温度的升高，Co-CoOx纳米颗粒变大，不均匀地生长在rGO片上；图(c)可以看出：由于反应温度的进一步升高，Co-CoOx纳米颗粒进一步长大，颗粒大小更不均一，较杂乱地生长在rGO片上。图2为实施例1-3制备的催化剂Co-CoOx@C-rGO-550(a)、Co-CoOx@C-rGO-650(b)和Co-CoOx@C-rGO-750(c)的X射线粉末衍本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种NaBH4制氢催化剂，其特征在于：分子式为Co‑CoOx@C‑rGO，结构为生长在rGO片上的碳壳包覆的Co‑CoOx纳米颗粒。
【技术特征摘要】
1.一种NaBH4制氢催化剂，其特征在于：分子式为Co-CoOx@C-rGO，结构为生长在rGO片上的碳壳包覆的Co-CoOx纳米颗粒。2.一种权利要求1所述NaBH4制氢催化剂的制备方法，其特征在于，步骤如下：（1）先将GO分散于乙醇溶液中，获得GO的乙醇分散液；（2）将金属盐C4H6CoO4的水溶液加入到GO的乙醇分散液中，水浴中搅拌反应充分；（3）加入葡萄糖的水溶液继续搅拌反应，然后水热反应；（4）抽滤，用水和乙醇清洗，然后冷冻干燥；（5）研磨后，氮气气氛下，高温焙烧，收集产物制得催化剂。3.如权利要求2所述的NaBH4制氢催化剂的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，GO的乙醇分散液的浓度为0.95～1.05mg·mL-1。4.如权利要求2所...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘艳艳，蒋剑春，孙康，
申请(专利权)人：中国林业科学研究院林产化学工业研究所，
类型：发明
国别省市：江苏,32
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。