一种用于KBH4制氢的复合催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种用于KBH4制氢的复合催化剂及其制备方法，属于从催化剂制备技术领域。本发明专利技术的催化剂包括Ti3C2T

【技术实现步骤摘要】
一种用于KBH4制氢的复合催化剂及其制备方法


[0001]本专利技术涉及催化剂制备
，尤其涉及一种用于KBH4制氢的Co
‑
N/CNT/Ti3C2Tx/rGO复合催化剂。

技术介绍

[0002]氢能来源广泛、能量密度大并且产物绿色环保，因此被人们认为是解决能源短缺的有效替代品，然而氢能源的开发利用仍存在许多未解决的问题，比如氢气缺乏低成本的制取方法、制取的密度不高以及氢气本身存在易燃易爆的问题。在众多的储氢材料中，KBH4以其保存安全、储氢量高和易于制氢的特点广受关注。
[0003]KBH4溶液在碱性溶液中则非常稳定，但在中性酸性条件下，可发生极其缓慢的水解释放氢气。通常将溶液在碱性情况下保存，需要时再快速释放H2，但这需要合适的催化剂。早在20世纪50年代，就发现氯化钴可以加速NaBH4的水解。最近的时间，新型的类石墨烯材料MXene引起了人们的高度重视，这种材料因为表面富含大量的
‑
OH、
‑
F官能团，能够锚定金属纳米颗粒，并且MXene具有良好的表面亲水性，是一种非常有前景的载体材料。以Mxene结构的材料为载体制备一种用于KBH4制氢的催化剂是本申请要解决的问题。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术提供了一种用于KBH4制氢的Co
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N/CNT/Ti3C2Tx/rGO复合催化剂。以Mxene石墨烯表面碳纳米管阵列为基体的Co
‑
N催化剂，弥补了催化颗粒易团聚，反应活性位点不足，材料导电性差等缺点，解决了析氢速率慢等问题，而且要比常用的贵金属催化剂廉价，可广泛用作在温和条件下以可控的方式实现KBH4水解制备氢气。
[0005]本专利技术用于KBH4制氢的Co
‑
N/CNT/Ti3C2Tx/rGO复合催化剂，包括Ti3C2T
x
/rGO载体，碳纳米管和Co
‑
N化合物。
[0006]所述Co
‑
N/CNT/Ti3C2Tx/rGO复合催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0007](1)称取Ti3C2T
x
和GO(氧化石墨烯)粉末，分别溶于去离子水中，在氩气下超声2小时，离心后收集沉淀，冷冻干燥，将Ti3C2T
x
和GO粉末放在管式炉瓷舟中，在氢氩混合气气氛下，以2℃/min的升温速率升温至200℃，保温1h，待自然冷却至室温得到Ti3C2T
x
/rGO载体；
[0008](2)称取步骤(1)制备的Ti3C2T
x
/rGO载体，溶于甲醇中，氩气气氛下超声1～2h，得到Ti3C2T
x
/rGO悬浮液；
[0009](3)称取Co
‑
N化合物溶于甲醇中，搅拌1h分散，得到Co
‑
N化合物溶液；将2
‑
甲基咪唑溶于甲醇中，加入CNT搅拌至完全分散，得到2
‑
甲基咪唑溶液；
[0010](4)将Co
‑
N化合物溶液加入步骤(2)制备的Ti3C2T
x
/rGO悬浮液中，搅拌1h，然后快速倒入2
‑
甲基咪唑溶液，在氩气气氛下搅拌7～8h，用甲醇离心，将悬浮液装入表面皿中在70～80℃下真空干燥，得到黑紫色粉末；
[0011](5)将步骤(4)中的黑紫色粉末在氢氩混合气的气氛下，以2～3℃/min的升温速率升温至700～800℃，保温2～5小时，得到所述Co
‑
N/CNT/Ti3C2T
x
/rGO催化剂。
[0012]优选的，步骤(1)所述Ti3C2T
x
与GO的质量比为1～4：1～3；所述Ti3C2T
x
与去离子水的质量体积比为2：1mg/mL。
[0013]优选的，步骤(1)所述冷冻干燥的温度为
‑
10℃，时间为48小时。
[0014]优选的，步骤(1)所述氢氩混合气中H2:Ar＝1：9。
[0015]优选的，步骤(2)所述Ti3C2T
x
/rGO与甲醇的质量体积比为8：4～5mg/mL。
[0016]优选的，步骤(3)所述Co
‑
N化合物为Co(NO3)2·
6H2O，所述Co
‑
N化合物与甲醇的质量体积比为2.5～3：30～40g/mL。
[0017]优选的，步骤(3)所述2
‑
甲基咪唑与甲醇的质量体积比为3～3.2：30～40g/mL，所述2
‑
甲基咪唑与CNT的质量比为300～310：2～3。
[0018]优选的，步骤(4)所述Ti3C2T
x
/rGO悬浮液、Co
‑
N化合物溶液及2
‑
甲基咪唑溶液的体积比为4～5：3～4：3～4。
[0019]所述用于KBH4制氢的Co
‑
N/CNT/Ti3C2Tx/rGO复合催化剂，在KOH浓度为3％，KBH4浓度为2
‑
5％的水溶液中催化制氢气。
[0020]反应方程式如下：
[0021]KBH4+2H2O
→
KBO2+4H2[0022]本专利技术以Co
‑
N/CNT/Ti3C2T
x
/rGO为催化剂，在KOH和KBH4水溶液液中进行水解，获得稳定的氢气析出，获得高纯度氢气。
[0023]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0024]制备的Co
‑
N/CNT/Ti3C2T
x
/rGO催化剂，以Ti3C2T
x
/rGO为载体，表面生长CNT(碳纳米管)阵列，Co
‑
N(钴氮)纳米颗粒均匀分布在CNT/Ti3C2T
x
/rGO表面，Ti3C2T
x
是一种Mxene结构的材料，表面富含大量的
‑
OH、
‑
F官能团，rGO和CNT表面富含大量的
‑
OH、＝O官能团，能够锚定Co
‑
N纳米颗粒，这种富缺陷的结构结构可以有效抑制金属纳米粒子的团聚，增加催化剂的活性位点；N掺杂可以起到原子屏障的作用，能够通过避免团聚而显著增加Co催化剂的表面积，N还可以作为电子供体，增加Co的电子密度，从而进一步提高Co的催化活性。Co
‑
N/CNT/Ti3C2T
x
/rGO组成的开放多孔结构导电性好，有利于水溶液的扩散和产生氢气的及时脱附释放。
具体实施方式
[0025]下面结合实施例对本专利技术作进一步说明。
[0026]实施例1
[0027]一种用于KBH4制氢的Co
‑
N/CNT/Ti3C2Tx/本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于KBH4制氢的Co
‑
N/CNT/Ti3C2Tx/rGO复合催化剂，其特征在于，包括Ti3C2T
x
/rGO载体，碳纳米管和Co
‑
N化合物。2.根据权利要求1所述用于KBH4制氢的Co
‑
N/CNT/Ti3C2Tx/rGO复合催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)称取Ti3C2T
x
和GO粉末，分别溶于去离子水中，在氩气下超声2小时，离心后收集沉淀，冷冻干燥，将Ti3C2T
x
和GO粉末放在管式炉瓷舟中，在氢氩混合气气氛下，以2℃/min的升温速率升温至200℃，保温1h，待自然冷却至室温得到Ti3C2T
x
/rGO载体；(2)称取步骤(1)制备的Ti3C2T
x
/rGO载体，溶于甲醇中，氩气气氛下超声1～2h，得到Ti3C2T
x
/rGO悬浮液；(3)称取Co
‑
N化合物溶于甲醇中，搅拌1h分散，得到Co
‑
N化合物溶液；将2
‑
甲基咪唑溶于甲醇中，加入CNT搅拌至完全分散，得到2
‑
甲基咪唑溶液；(4)将Co
‑
N化合物溶液加入步骤(2)制备的Ti3C2T
x
/rGO悬浮液中，搅拌1h，然后快速倒入2
‑
甲基咪唑溶液，在氩气气氛下搅拌7～8h，用甲醇离心，将悬浮液装入表面皿中在70～80℃下真空干燥12～24小时，得到黑紫色粉末；(5)将步骤(4)中的黑紫色粉末在氢氩混合气的气氛下，以2～3℃/min的升温速率升温至700～800℃，保温2～5小时，得到所述Co
‑
N/CNT/Ti3C2T
x
/rGO催化剂。3.根据权利要求2所述用于KBH4制氢的Co
‑
N/CNT/Ti3C2T
x
/rGO复合催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述Ti3C2T
x
与GO的质量比为1～4：1～3；所述Ti3C2T
x
与去离子水的质量体积比为2：1mg/mL。4.根据权利要求2所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：王贵领，王显超，高一民，赵婧，温青，殷金玲，李峻青，
申请(专利权)人：黑龙江哈船碳材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：