一种氧化钼修饰的铑纳米催化剂及其制备方法和应用技术

一种氧化钼修饰的铑纳米催化剂及其制备方法和应用，其特征在于，采用一步还原法合成氧化钼修饰的铑纳米催化剂，并将其应用于催化肼硼烷水溶液水解制氢，在303K时就能实现100％的转化率和100％的氢气选择性，并且在1.73min内就可以完成整个脱氢反应，其TOF可达1734h

【技术实现步骤摘要】
一种氧化钼修饰的铑纳米催化剂及其制备方法和应用
本专利技术属于催化剂制备以及环境和能源的可持续发展
，具体涉及一种氧化钼修饰的铑纳米催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
由于全球能源危机和气候恶化日益严重，寻求清洁和可持续能源已成为一项紧迫的任务。H2具有清洁，储量丰富，燃烧热量高等优点，被认为是替代化石燃料最理想的能源载体之一。因此，寻找有效的储氢材料是燃料电池基于H2经济所面临的最严峻的挑战之一。最近，安全并且具有效率优势的化学储氢被认为是最有前景的方法。近来，由于具有含氢量高，可储存性以及在温和条件下易于释放H2等优势，硼基氢化物(如氨硼烷)，含水肼，硼氢化物和其他硼烷衍生物作为化学储氢材料受到了广泛关注。其中，肼硼烷(HB，N2H4BH3)被认为是一种非常有前景的储氢材料，因为它安全并且稳定，在室温下具有非常高的氢含量(15.4wt％)，在水中具有高溶解度，并且其水溶液在环境条件下非常稳定。理论上，1摩尔HB可以通过BH3基团的水解和N2H4组分的选择性分解释放5摩尔H2(N2H4BH3(s)+3H2O→B(OH)3(l)+N2(g)+5H2(g))，即可以分成以下的两步反应：N2H4BH3(s)+3H2O→B(OH)3(l)+N2H4(l)+3H2(g)，N2H4(l)→N2(g)+2H2(g)。为了使N2H4BH3作为储氢材料的效率最大化，必须避免不完全分解以及氨(NH3)的生成(3N2H4→4NH3(g)+N2(g))。因此，寻找有效的催化剂使硼肼的分解朝着有利的方向进行是非常有必要的。目前，在所报道的用于硼肼脱氢的催化剂中，大部分催化剂的转化率都只有百分之五十，也就是说，它们只对BH3基团的水解有活性。据报道，Rh纳米颗粒对于硼肼的N2H4基团的水解具有一定的活性，但单独的铑纳米颗粒极易团聚，导致催化剂失活。因此，寻找有效的载体或合适的分散剂来提高铑纳米颗粒的活性十分重要，这样可以有效减小颗粒尺寸，防止颗粒团聚。综上所述，寻找一种简单且有效的方法合成高效且分散性好的单金属Rh基催化剂对于提高HB脱氢反应效率是非常必要的。
技术实现思路
为解决现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种简单、快捷、温和的方法合成氧化钼修饰的铑纳米催化剂的制备方法，并将其应用于催化肼硼烷水溶液水解制氢的反应，取得优异的催化性能，实现100％的转化率和100％的氢气选择性。一种氧化钼修饰的铑纳米催化剂的制备方法，包括以下步骤：(1)将一定量的RhCl3配置成水溶液；(2)将一定量的Na2MoO4配置成水溶液；(3)将0.01～10mL步骤(2)制备的Na2MoO4水溶液加入到步骤(1)制备的RhCl3水溶液中，并搅拌，得到混合溶液A；(4)将20～60mgNaBH4作为还原剂加入到步骤(3)制备得到的混合溶液A中，搅拌5-20min进行还原反应，即可得到所述氧化钼修饰的铑纳米催化剂。作为一种优选的方案，所述步骤(1)中制备得到的RhCl3水溶液浓度为0.01-1.0M。更为优选的是，所述步骤(2)中制备得到的Na2MoO4水溶液浓度为0.01-1.0M。更为优选的是，所述步骤(4)中还原反应的温度为273-303K。更为优选的是，所述步骤(3)中RhCl3水溶液与Na2MoO4水溶液的添加顺序可以颠倒。一种氧化钼修饰的铑纳米催化剂根据前述任意一项所述的一种氧化钼修饰的铑纳米催化剂的制备方法制备得到。前述的一种氧化钼修饰的铑纳米催化剂用于催化肼硼烷水溶液在工作温度<353K范围内水解制氢的反应。作为一种优选的方案，前述的一种氧化钼修饰的铑纳米催化剂的应用，包括以下步骤：将所述氧化钼修饰的铑纳米催化剂分散到水中，加入NaOH溶液调节溶液pH为碱性，之后加入肼硼烷水溶液，调整反应温度为303K，并通过气体量管测量所产生的氢气，其中所述氧化钼修饰的铑纳米催化剂与所述肼硼烷水溶液的摩尔比为0.001～0.5。更为优选的是，前述的一种氧化钼修饰的铑纳米催化剂的应用，包括以下步骤：将所述氧化钼修饰的铑纳米催化剂分散到水中，加入NaOH溶液调节溶液pH为碱性，之后加入肼硼烷水溶液，调整反应温度为323K，并通过气体量管测量所产生的氢气，其中所述氧化钼修饰的铑纳米催化剂与所述肼硼烷水溶液的摩尔比为0.001～0.5。更为优选的是，前述NaOH浓度为0.5-6M，前述肼硼烷水溶液的浓度为0.5-2M。更为优选的是，前述一种氧化钼修饰的铑纳米催化剂中Rh：Mo的摩尔比为1:2时，催化肼硼烷水溶液水解制氢可以在1.73分钟内产生6当量的气体，转换率为100％，氢气选择性为100％。本专利技术的有益之处在于主要体现在以下几点：①本专利技术提供的一种氧化钼修饰的铑纳米催化剂的制备方法采用一步还原法合成氧化钼修饰的铑纳米催化剂，整个反应用时约10min，方法简单快捷，室温条件下即可完成，所得产品的纳米颗粒尺寸小约2.2nm；②本专利技术提供的一种氧化钼修饰的铑纳米催化剂应用于催化肼硼烷水溶液水解制氢，在303K时就能实现100％的转化率和100％的氢气选择性，并且在1.73min内就可以完成整个脱氢反应，其TOF可达1734h-1；在323K时其TOF高达4477.6h-1，远高于现有技术水平；③本专利技术提供的一种氧化钼修饰的铑纳米催化剂中氧化钼的加入，不仅有效抑制了Rh纳米颗粒的团聚，而且降低了Rh纳米颗粒的结晶性，形成了一种低晶/非晶的结构，这种非晶结构材料拥有表面缺陷和高浓度的不饱和配位键，所以在催化反应中相比结晶结构显示出更好的催化活性；④总体而言，该专利技术提供了一种简单、高效的氧化钼修饰的铑纳米催化剂的制备方法，且所述氧化钼修饰的铑纳米催化剂对催化肼硼烷水溶液水解制氢具有极好的催化活性，促进了肼硼烷作为储氢材料在实际生产中的应用。附图说明图1为本专利技术实施例1、对比例1中催化剂的X射线衍射谱图(XRD)；图2为本专利技术实施例1、对比例1中催化剂的透射电镜图，其中图2(a)表示Rh-MoOx催化剂的透射电镜图，2(b)表示Rh催化剂的透射电镜图；图3为本专利技术实施例1、对比例1中催化剂的粒径分布图，其中图3(a)表示Rh-MoOx催化剂的粒径分布图，3(b)表示Rh催化剂的粒径分布图；图4为本专利技术实施例1、对比例1中催化剂的X光电子能谱图(XPS)，其中图4(a)表示实施例1中Rh-MoOx催化剂、比较例1中Rh催化剂的Rh3d的X射线光电子能谱图，4(b)表示实施例1中Rh-MoOx催化剂的Mo3d的X射线光电子能谱。具体实施方式实施例11、一种氧化钼修饰的铑纳米催化剂的制备方法，包括以下步骤：(1)将一定量的RhCl3配置成0.1M的水溶液；(2)将一定量的Na2MoO4配置成0.1M的水溶液；(3)将2mL步骤(2)制备的Na2MoO4水溶液加入到1mL步骤(1)制备的RhCl3水溶液中，并搅拌，得到混合溶液A；(4)将30mgNaBH4作为还原剂加入到步骤(3)制备得到的混合溶液A中，搅拌5-20min至完全还原，制备得到一种氧化钼修饰的铑纳米催化剂(Rh-MoOx纳米催化剂)。2、样品检测(1)通过X射线衍射谱图(XRD)进行晶型结构分析将实施例1所制备出的一种氧化钼修饰的铑纳米催化剂真空干燥，在Ar氛围中823K下退火，退火后本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氧化钼修饰的铑纳米催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将一定量的RhCl3配置成水溶液；(2)将一定量的Na2MoO4配置成水溶液；(3)将0.01～10mL步骤(2)制备的所述Na2MoO4水溶液加入到步骤(1)制备的所述RhCl3水溶液中，并搅拌，得到混合溶液A；(4)将20～60mg NaBH4作为还原剂加入到步骤(3)制备得到的所述混合溶液A中，搅拌5‑20min进行还原反应，即可得到所述氧化钼修饰的铑纳米催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种氧化钼修饰的铑纳米催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将一定量的RhCl3配置成水溶液；(2)将一定量的Na2MoO4配置成水溶液；(3)将0.01～10mL步骤(2)制备的所述Na2MoO4水溶液加入到步骤(1)制备的所述RhCl3水溶液中，并搅拌，得到混合溶液A；(4)将20～60mgNaBH4作为还原剂加入到步骤(3)制备得到的所述混合溶液A中，搅拌5-20min进行还原反应，即可得到所述氧化钼修饰的铑纳米催化剂。2.根据权利要求1所述的一种氧化钼修饰的铑纳米催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中制备得到的RhCl3水溶液浓度为0.01-1.0M。3.根据权利要求1或2所述的一种氧化钼修饰的铑纳米催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中制备得到的Na2MoO4水溶液浓度为0.01-1.0M。4.根据权利要求3所述的一种氧化钼修饰的铑纳米催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中还原反应的温度为273-303K，所述步骤(3)中RhCl3水溶液与Na2MoO4水溶液的添加顺序可以颠倒。5.一种氧化钼修饰的铑纳米催化剂，其特征在于，根据权利要求1-4中任意一项所述的一种氧化钼修饰的铑纳米催化剂的制备方法制备得到。6.一种氧化钼修饰的铑纳米催化剂的应用，其特征在于，根据权利要求5所...

【专利技术属性】
技术研发人员：鄢俊敏，康霞，段焱鑫，刘冬雪，姚佳欣，高蕊，蒋青，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22