用于氨硼烷水解制氢的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制备领域，公开了用于氨硼烷水解制氢的纳米催化剂及其制备方法和应用。该制备方法简单，试剂安全无毒，风险性低。制得的催化剂以SBA

【技术实现步骤摘要】
用于氨硼烷水解制氢的纳米催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于催化剂制备领域，具体涉及用于氨硼烷水解制氢的纳米催化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]氨硼烷(NH3BH3，AB)是一种有前途的化学储氢材料，其具有高含氢量(19.6wt％)、长期稳定性和无毒性的特点。在合适的催化剂作用下，氨硼烷可以在温和条件下水解制氢(NH3BH3+2H2O
→
NH
4+
+BO2‑
+3H2)。近些年备受关注的贵金属催化剂(如Pt、Rh和Ru等)在氨硼烷水解制氢方面表现出卓越的催化性能，但其资源的稀缺性和高成本大大限制了其实际应用。因此，迫切需要开发更多在氨硼烷水解中具有高效性能的经济型非贵金属基催化剂(如Fe、Co、Ni和Cu等)。
[0003]SBA
‑
15属于介孔分子筛的一种，其具有丰富的有序通道和大的比表面积，已被证明是稳定活性金属位点和提高催化反应过程中传质效率的理想载体。但SBA
‑
15的亲水性大大限制了其在水解反应中的潜在性能。因此，开发高活性、高稳定性和高选择性的催化剂，对氨硼烷作为氢能源载体具有重要意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是解决现有技术的不足，提供一种用于氨硼烷水解制氢的纳米催化剂及其制备方法和应用，具体采用以下的技术方案：
[0005]根据本专利技术的第一方面，一种用于氨硼烷水解制氢的纳米催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0006]先将SBAr/>‑
15、胺基化试剂和乙醇混合均匀，离心洗涤，干燥后得到胺基功能化的SBA
‑
15；再和钼前驱体加入乙醇水溶液中，搅拌混匀，离心洗涤，干燥，得到中间产物；随后在600℃
‑
900℃条件下，将中间产物进行热处理，得到MoO2‑
SBA
‑
15载体；最后将MoO2‑
SBA
‑
15载体、镍前驱体和硼氢化钠混合均匀，搅拌至反应完全，得到Ni/MoO2‑
SBA
‑
15催化剂。
[0007]本专利技术基于对纳米催化剂进行亲水改性以提高其对水分子的活化能力的原理，首次提出了使用金属氧化物MoO2改性制备纳米催化剂以促进氨硼烷的水解，主要是通过以SBA
‑
15为衬底，对其进行MoO2修饰改性，得到MoO2‑
SBA
‑
15载体，再通过浸渍还原法沉积镍纳米粒子制备得到Ni/MoO2‑
SBA
‑
15纳米催化剂。
[0008]本专利技术制备得到的Ni/MoO2‑
SBA
‑
15异质结纳米催化剂为典型的藕节状形貌，并且Ni和MoO2形成纳米异质结，具有颗粒小(粒径为1.5nm)、金属粒子高度分散等特点，因此形成纳米异质结被限域在介孔硅SBA
‑
15的孔道中。该制备方法简单，试剂安全无毒，风险性低。制得的纳米催化剂是一种黑色粉末状物质，其金属负载量为4.66wt％
‑
12.80wt％；该催化剂在298K时，氢气选择性达到100％，转化频率高，具有高活性、高稳定性和高选择性等特点，可广泛应用于氨硼烷水解制氢中。
[0009]优选地，胺基化试剂为3
‑
氨丙基三乙氧基硅烷、聚乙烯亚胺、氨基酸或对苯二胺。
[0010]优选地，SBA
‑
15、胺基化试剂和乙醇的比例为1.0g：4mL：8mL。
[0011]优选地，钼前驱体为磷钼酸、钼酸铵或钼酸。更为优选地，钼前驱体为磷钼酸，胺基功能化的SBA
‑
15和磷钼酸的用量比例为1g：2g。当以磷钼酸作为最优选的钼源，主要因为其生成的MoO2在水裂解中对水分子具有独特的活化能力，表现出优于其他钼源的亲水性。此外，其生成的MoO2更倾向于与附近的活性金属纳米颗粒相互作用，形成异质结，以调节活性金属的电荷分布，这将有效地优化其对反应中间体的吸附能力，从而提高催化性能。当胺基功能化的SBA
‑
15和磷钼酸的用量比例为1g：2g时，氢气选择性可达到100％，且制氢时间仅为0.42min，可以缩短制氢时间。
[0012]优选地，热处理温度为700℃。热处理温度为700℃时，制氢时间最短。在900℃时的制氢时间近乎700℃时的四倍，而在600℃时近乎700℃的两倍，差异较大。当工业持续生产时，时间差距便会进一步拉大，因此在700℃时进行热处理更适用于工业生产。
[0013]热处理具体步骤：在升温速率为1℃/min
‑
5℃/min的条件下，使其温度升至600℃
[0014]‑
900℃后，保温2h
‑
4h。通过热处理后制得的MoO2‑
SBA
‑
15对水分子具有良好的亲和力，有利于后续催化剂催化氨硼烷水解反应中水分子活化(RDS)步骤的进行，并进一步提升催化活性。当升温速率、温度、保温时间超出上述范围时，物相将会产生其他杂相，无法保证材料的单一性。
[0015]优选地，MoO2‑
SBA
‑
15载体、镍前驱体和硼氢化钠的比例为(20mg
‑
60.0mg)：0.05mmol：(20mg
‑
40mg)。更为优选地，MoO2‑
SBA
‑
15载体、镍前驱体和硼氢化钠的比例为40mg：0.05mmol：30mg。当MoO2‑
SBA
‑
15载体用量为40mg时，可确保镍前驱体被完全还原，其金属负载量为6.83wt％，氢气选择性可达到100％，且制氢时间显著低于其他用量的制氢时间，既可保证节约用料，又可缩短制氢时间。
[0016]根据本专利技术的第二方面，提供一种用于氨硼烷水解制氢的纳米催化剂，由上述任一种方法制得。
[0017]本专利技术制得的纳米催化剂是一种黑色粉末状物质，其金属负载量为4.66wt％
‑
12.80wt％；该催化剂在298K时，氢气选择性达到100％，转化频率高，具有高活性、高稳定性和高选择性等特点，可广泛应用于氨硼烷水解制氢中。
[0018]根据本专利技术的第三方面，提供一种上述纳米催化剂在水解制氢中的应用。
[0019]本专利技术的有益效果为：本专利技术的制备方法简单，试剂安全无毒，风险性低。并且制得的Ni/MoO2‑
SBA
‑
15纳米催化剂是由Ni/MoO2异质结纳米粒子均匀分布在SBA
‑
15载体上，颗粒小、金属粒子分散度高；常温下能高效催化氨硼烷水解制氢，氢气选择性达到100％，转化频率高，具有很高的亲水性、催化活性和稳定性，是一种极具发展前景的催化剂。
附图说明
[0020]图1所示为实施例1所得的Ni/MoO2‑
SBA
‑
15异质纳米催化剂本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于氨硼烷水解制氢的纳米催化剂的制备方法，包括以下步骤：先将SBA
‑
15、胺基化试剂和乙醇混合均匀，离心洗涤，干燥后得到胺基功能化的SBA
‑
15；再和钼前驱体加入乙醇水溶液中，搅拌混匀，离心洗涤，干燥，得到中间产物；随后在600℃
‑
900℃条件下，将中间产物进行热处理，得到MoO2‑
SBA
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15载体；最后将MoO2‑
SBA
‑
15载体、镍前驱体和硼氢化钠混合均匀，搅拌至反应完全，得到Ni/MoO2‑
SBA
‑
15催化剂。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，胺基化试剂为3
‑
氨丙基三乙氧基硅烷、聚乙烯亚胺、氨基酸或对苯二胺。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，SBA
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15、胺基化试剂和乙醇的比例为1.0g：4mL：8mL。4...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢章辉，孙显俊，罗轶星，姚淇露，
申请(专利权)人：江西师范大学，
类型：发明
国别省市：