一种非均相纳米催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于催化剂技术领域。提供了一种非均相纳米催化剂及其制备方法和应用，该方法包含下列步骤：(1)在保护气氛中，将ZIF

【技术实现步骤摘要】
一种非均相纳米催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及催化剂
，尤其涉及一种非均相纳米催化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着化石能源的不断开采和广泛使用，传统能源面临在未来枯竭的严峻局面，同时在使用过程中导致大量碳排放和严重的环境污染等问题。氢能作为一种可再生能源载体，是未来替代传统化石能源的最佳选择。氢气的热值要明显的高于其他的能源物质，特别是其燃烧后的主要成分是对环境无危害的水，但氢气的制备和存储是制约氢能商业化应用的瓶颈。因此，对制氢/储氢技术的开发具有重大现实意义。
[0003]化学储氢是指在适宜的条件下运用化学氢化物储存氢气，可以作为移动制氢手段为燃料电池提供氢源。相较于甲醇、水合肼和氨硼烷等储氢介质，甲酸是生物质加工过程中的主要产品，由于具备能量密度高、无毒性和在室温下非常稳定的特点，是一种安全、方便、低成本的氢气储存材料。但高浓度甲酸具有较强的酸性，对催化剂的稳定性提出更高要求。甲酸分解反应路径有两种，其中脱水副反应会产生有害的CO气体，严重影响催化剂的活性。因此，开发一种高选择性和催化活性的催化剂是实现甲酸分解制氢实用化的关键。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种非均相纳米催化剂及其制备方法和应用。
[0005]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0006]本专利技术提供了一种非均相纳米催化剂的制备方法，包含下列步骤：
[0007](1)在保护气氛中，将ZIF
‑
>67煅烧得到含氮多孔碳材料；
[0008](2)将含氮多孔碳材料的分散剂水溶液、四氯钯酸钠水溶液和硝酸银水溶液混合后，加入还原剂水溶液进行还原反应，即得所述非均相纳米催化剂。
[0009]作为优选，步骤(1)中所述煅烧的温度为600～900℃，所述煅烧的升温速率为5～10℃/min，所述煅烧的保温时间为2～4h。
[0010]作为优选，步骤(2)中所述含氮多孔碳材料的分散剂水溶液中含氮多孔碳材料和分散剂的质量比为40～60：20～40；
[0011]所述含氮多孔碳材料和水的质量体积比为40～60mg：4～6mL；
[0012]所述分散剂为柠檬酸钠、聚乙二醇200和聚乙烯吡咯烷酮K30中的一种或几种。
[0013]作为优选，步骤(2)中所述四氯钯酸钠水溶液的浓度为0.1～0.2mol/L；
[0014]所述硝酸银水溶液的浓度为0.05～0.15mol/L。
[0015]作为优选，步骤(2)中所述含氮多孔碳材料和四氯钯酸钠水溶液的质量体积比为40～60mg：0.1～0.3mL；
[0016]步骤(2)中所述含氮多孔碳材料和硝酸银水溶液的质量体积比为40～60mg：0.15～0.45mL；
[0017]作为优选，步骤(2)中所述混合的搅拌转速为400～800r/min，所述混合的搅拌时间为1～2h。
[0018]作为优选，步骤(2)中所述还原剂水溶液中包含碳酸钠、硼氢化钠和水；
[0019]所述碳酸钠和硼氢化钠的摩尔比为0.5～1.5：9～11；
[0020]所述还原剂水溶液中碳酸钠的浓度为0.01～0.03mol/L。
[0021]作为优选，步骤(2)中所述含氮多孔碳材料和还原剂水溶液的质量体积比为40～60mg：4～6mL；
[0022]所述还原反应的时间为1～2h。
[0023]本专利技术还提供了所述制备方法得到的非均相纳米催化剂。
[0024]本专利技术还提供了所述非均相纳米催化剂在催化甲酸产氢中的应用。
[0025]本专利技术具有以下优点：
[0026]本专利技术提供了一种非均相纳米催化剂的制备方法，包含下列步骤：(1)在保护气氛中，将ZIF
‑
67煅烧得到含氮多孔碳材料；(2)将含氮多孔碳材料的分散剂水溶液、四氯钯酸钠水溶液和硝酸银水溶液混合后，加入还原剂水溶液进行还原反应，即得所述非均相纳米催化剂。本专利技术利用含氮多孔碳载体材料制备负载PdAg合金催化剂时，其中限域的金属Co还可以与贵金属Pd和Ag形成PdCo和PdAgCo合金，从而制备含多种活性中心的复合纳米催化剂。在多种活性中心的作用下，不仅可以进一步增加催化剂的活性，而且保证催化剂本身具有较强的抗CO中毒能力，有利于甲酸脱氢反应的实际应用。由本专利技术制备方法制得的非均相纳米催化剂在催化甲酸产氢时的转化达到了294h
‑1。
附图说明
[0027]图1为实施例1所制得的PdAg/Co@NC催化剂的TEM图；
[0028]图2为实施例1、对比例1和对比例2所制得的催化剂催化甲酸产氢的活性对比曲线图；
[0029]图3为实施例2所制得的催化剂与对比实验所制得的催化剂的稳定性对比曲线图；
[0030]图4为实施例3在不同焙烧温度下所制得的催化剂催化甲酸产氢的活性对比曲线图；
[0031]图5为实施例4在不同Pd/Ag摩尔比下制得的催化剂催化甲酸产氢的活性对比曲线图。
具体实施方式
[0032]本专利技术提供了一种非均相纳米催化剂的制备方法，包含下列步骤：
[0033](1)在保护气氛中，将ZIF
‑
67煅烧得到含氮多孔碳材料；
[0034](2)将含氮多孔碳材料的分散剂水溶液、四氯钯酸钠水溶液和硝酸银水溶液混合后，加入还原剂水溶液进行还原反应，即得所述非均相纳米催化剂。
[0035]在本专利技术中，步骤(1)中所述保护气氛优选为氮气、氦气或氖气。
[0036]在本专利技术中，步骤(1)中ZIF
‑
67材料可以购买得到，也可以制备得到。
[0037]在本专利技术中，提供了一种ZIF
‑
67的制备方法，包含下列步骤：
[0038]将六水合硝酸钴的甲醇溶液和2
‑
甲基咪唑的甲醇溶液，混合后静置即得所述ZIF
‑
67。
[0039]在本专利技术中，所述六水合硝酸钴的甲醇溶液中六水合硝酸钴和甲醇的质量体积比优选为2.8～3.0g：25～35mL，进一步优选为2.83～2.97g：28～32mL，更优选为2.85～2.95g：29～31mL。
[0040]在本专利技术中，所述2
‑
甲基咪唑的甲醇溶液中2
‑
甲基咪唑和甲醇的质量体积比优选为3.4～3.6g：25～35mL，进一步优选为3.45～3.55g：28～32mL，更优选为3.48～3.58g：29～31mL。
[0041]在本专利技术中，所述六水合硝酸钴与2
‑
甲基咪唑的质量比优选为2.8～3.0：3.4～3.6，进一步优选为2.85～2.95：3.45～3.55，更优选为2.89～2.91：3.42～3.52。
[0042]在本专利技术中，所述混合的搅拌速度优选为500～700r/min，进一步优选为550～650r/min，更优选为590～6本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非均相纳米催化剂的制备方法，其特征在于，包含下列步骤：(1)在保护气氛中，将ZIF
‑
67煅烧得到含氮多孔碳材料；(2)将含氮多孔碳材料的分散剂水溶液、四氯钯酸钠水溶液和硝酸银水溶液混合后，加入还原剂水溶液进行还原反应，即得所述非均相纳米催化剂。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述煅烧的温度为600～900℃，所述煅烧的升温速率为5～10℃/min，所述煅烧的保温时间为2～4h。3.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述含氮多孔碳材料的分散剂水溶液中含氮多孔碳材料和分散剂的质量比为40～60：20～40；所述含氮多孔碳材料和水的质量体积比为40～60mg：4～6mL；所述分散剂为柠檬酸钠、聚乙二醇200和聚乙烯吡咯烷酮K30中的一种或几种。4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述四氯钯酸钠水溶液的浓度为0.1～0.2mol/L；所述硝酸银水溶液的浓度为0.05～0.15mol/L...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐东彦，戴萍，赵忠诚，
申请(专利权)人：青岛科技大学，
类型：发明
国别省市：