一种MXene负载Co-Ni-P催化剂及其制备方法和在硼氢化钠水解制氢中的应用技术

本发明专利技术提供一种MXene负载Co

【技术实现步骤摘要】
一种MXene负载Co
‑
Ni
‑
P催化剂及其制备方法和在硼氢化钠水解制氢中的应用


[0001]本专利技术属于氢能及催化剂制备
，具体涉及一种MXene负载Co
‑
Ni
‑
P催化剂及其制备方法和在硼氢化钠水解制氢中的应用。

技术介绍

[0002]氢能具有清洁、高效、环境友好的特性，是能源结构转型期极具发展潜力的一种新能源。要使氢能被大规模使用推广，必须解决其在运输转运过程中存在安全性问题，以及掌握低成本制备氢能的技术。硼氢化钠具有优异的稳定性，其储存和转运都很安全方便。硼氢化钠具有高的储氢容量(10.8wt.％)，产氢量可以通过控制硼氢化钠溶液的量以及催化剂的使用来控制，反应放热，能够使用反应放热来维持反应进行，且硼氢化钠水解所得氢气纯度高，不需要任何纯化操作。硼氢化钠在碱性水溶液中水解产生氢气和偏硼酸钠的反应如下：NaBH4+2H2O
→
4H2↑
+NaBO2。目前该反应的催化剂研究的有很多，其中贵金属催化剂有很好的催化效果，但其高昂的价格限制了其商业应用。
[0003]钴、镍等过渡金属在催化硼氢化钠水解制氢方面具有可与贵金属相比的催化效果。MXene是一种新型二维过渡金属碳氮化合物材料，具有类手风琴的层状结构，其比表面积大、表面官能团丰富，是优良的金属粒子载体材料。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种新型、高效、低廉的用于硼氢化钠水解制氢的催化剂及其制备方法。
[0005]本专利技术采用的技术方案为：
[0006]一种MXene负载Co
‑
Ni
‑
P催化剂，所述的MXene负载Co
‑
Ni
‑
P催化剂是以二维材料MXene作为载体，通过超声波化学镀法将Co
‑
Ni
‑
P纳米颗粒负载于MXene表面制备而成；所述的MXene是以Ti3AlC2陶瓷为前驱体，通过在HCl/LiF混合溶液中蚀刻、超声波分层、硼氢化钠超声敏化、超声活化得到；所述的Co
‑
Ni
‑
P纳米颗粒由硫酸钴、硫酸镍、次亚磷酸钠混合得到。
[0007]上述的一种MXene负载Co
‑
Ni
‑
P催化剂的制备方法，包括如下步骤：
[0008]1)将Ti3AlC2陶瓷逐渐加入HCl/LiF混合溶液中，在60℃下搅拌24h后，用去离子水反复洗涤离心至上清液pH大于6，收集沉淀物，将30mL去离子水与沉淀物直接混合，用超声波细胞粉碎机粉碎，得到低层数MXene胶体溶液；
[0009]2)向步骤1)得到的低层数MXene胶体溶液中加入硼氢化钠，超声敏化，然后用去离子水离心洗涤1～5次，得到敏化的MXene；
[0010]3)将硫酸镍和酒石酸钾钠混合，在30～50℃下搅拌均匀，在此过程中，用氢氧化氨将pH调至7～9.5，得到镍胶体；
[0011]4)将步骤2)得到的敏化的MXene加入到步骤3)得到的镍胶体中，超声活化，然后用
去离子水离心洗涤2～5次，得到活化的MXene；
[0012]5)以硫酸钴为主盐、以柠檬酸钠为络合剂、以次亚磷酸钠为还原剂、以氯化铵为缓冲液混合制备Co
‑
Ni
‑
P镀液；
[0013]6)将步骤4)得到的活化的MXene转移到步骤5)得到的Co
‑
Ni
‑
P镀液中，调溶液pH至7～9.5，溶液温度为25～45℃，超声反应，得到Co
‑
Ni
‑
P/MXene催化剂溶液，然后将Co
‑
Ni
‑
P/MXene催化剂溶液过滤，在冷冻干燥机中干燥，即得MXene负载Co
‑
Ni
‑
P催化剂。
[0014]优选的，上述的制备方法，Ti3AlC2陶瓷和硼氢化钠的质量比为1:0.7
‑
2。
[0015]优选的，上述的制备方法，步骤1)中，所述HCl/LiF混合溶液为0.8g LiF与10mL9M HCl的混合溶液。
[0016]优选的，上述的制备方法，步骤1)中，所述用超声波细胞粉碎机粉碎的功率为200～300w，粉碎时间为5～60min。
[0017]优选的，上述的制备方法，所述硫酸镍的浓度为0.05
‑
0.1M，所述酒石酸钾钠的浓度为0.01
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0.1M，所述硫酸钴的浓度为0.1
‑
0.3M，所述柠檬酸钠的浓度为0.1
‑
0.3M，所述次亚磷酸钠的浓度为0.2
‑
0.5M，所述氯化铵的浓度为0.5
‑
0.9M。
[0018]优选的，上述的制备方法，所述超声敏化的时间为5～30min，所述超声活化的时间为5
‑
30min，所述超声反应的时间为0.1～2h。
[0019]优选的，上述的制备方法，步骤6)中，所述活化的MXene和Co
‑
Ni
‑
P镀液的质量比为5:76
‑
198。
[0020]优选的，上述的制备方法，步骤6)中，所述在冷冻干燥机中干燥的温度为
‑
60～
‑
50℃，时长为2
‑
4h。
[0021]上述的一种MXene负载Co
‑
Ni
‑
P催化剂在硼氢化钠水解制氢中的应用。
[0022]本专利技术的有益效果为：
[0023]1、本专利技术MXene负载Co
‑
Ni
‑
P催化剂是通过超声波化学镀法将Co
‑
Ni
‑
P纳米颗粒大量紧密地分布在二维层状MXene表面及层间，比表面积大，在65℃硼氢化钠水溶液中产氢速率可以达到6.923L/min/g。
[0024]2、本专利技术MXene负载Co
‑
Ni
‑
P催化剂用于硼氢化钠水解制氢，产氢速率快，活化能低，循环性能稳定，是一种高效、低廉的硼氢化钠水解制氢非贵金属催化剂。
[0025]3、本专利技术MXene负载Co
‑
Ni
‑
P催化剂的制备方法简单方便，原料成本低，适用于大规模应用。
附图说明
[0026]图1为实施例1制备的MXene负载Co
‑
Ni
‑
P催化剂的SEM图。
[0027]图2为实施例2制备的MXene负载Co
‑
Ni
‑
P催化剂的SEM图。
[0028]图3为在不同温度下MXene负载Co
‑
Ni
‑
P催化剂本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种MXene负载Co
‑
Ni
‑
P催化剂，其特征在于，所述的MXene负载Co
‑
Ni
‑
P催化剂是以二维材料MXene作为载体，通过超声波化学镀法将Co
‑
Ni
‑
P纳米颗粒负载于MXene表面制备而成；所述的MXene是以Ti3AlC2陶瓷为前驱体，通过在HCl/LiF混合溶液中蚀刻、超声波分层、硼氢化钠超声敏化、超声活化得到；所述的Co
‑
Ni
‑
P纳米颗粒由硫酸钴、硫酸镍、次亚磷酸钠混合得到。2.权利要求1所述的一种MXene负载Co
‑
Ni
‑
P催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)将Ti3AlC2陶瓷逐渐加入HCl/LiF混合溶液中，在60℃下搅拌24h后，用去离子水反复洗涤离心至上清液pH大于6，收集沉淀物，将30mL去离子水与沉淀物直接混合，用超声波细胞粉碎机粉碎，得到低层数MXene胶体溶液；2)向步骤1)得到的低层数MXene胶体溶液中加入硼氢化钠，超声敏化，然后用去离子水离心洗涤1～5次，得到敏化的MXene；3)将硫酸镍和酒石酸钾钠混合，在30～50℃下搅拌均匀，在此过程中，用氢氧化氨将pH调至7～9.5，得到镍胶体；4)将步骤2)得到的敏化的MXene加入到步骤3)得到的镍胶体中，超声活化，然后用去离子水离心洗涤2～5次，得到活化的MXene；5)以硫酸钴为主盐、以柠檬酸钠为络合剂、以次亚磷酸钠为还原剂、以氯化铵为缓冲液混合制备Co
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Ni
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P镀液；6)将步骤4)得到的活化的MXene转移到步骤5)得到的Co
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Ni
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P镀液中，调溶液pH至7～9.5，溶液温度为25～45℃，超声反应，得到Co
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Ni
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P/MXene催化剂溶液，然...

【专利技术属性】
技术研发人员：李超，景秀红，周雪，王泠力，
申请(专利权)人：辽宁大学，
类型：发明
国别省市：