一种氨硼烷水解析氢用催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术属于催化剂领域，具体为一种化学析氢催化剂及其制备方法。催化剂分子式为Pd

【技术实现步骤摘要】
一种氨硼烷水解析氢用催化剂及其制备方法


[0001]本专利技术属于氨硼烷水解析氢
，具体涉及一种氨硼烷水解析氢催化剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]不断增长的全球能源需求和化石燃料产生的二氧化碳的有害影响，引发了对替代能源的普遍寻找。氢气因其较高的能量密度和可再生能力，被视为一种极具吸引力的绿色资源和极具潜力的能源载体，以应对未来日益增长的能源和环境挑战。用储氢材料催化制氢被认为是一种高效的制氢方法。常用的化学固体储氢材料包括氨硼烷(NH3BH3)、甲酸和硼氢化钠等。其中NH3BH3因其H2浓度高(19.6wt.％)、分子含量低(30.9gmol
‑1)、无毒(特别是在水溶液和空气中)和稳定性好而受到关注。因此，制备性能高效、稳定性高的催化剂刻不容缓。
[0003]金属催化剂通常存在金属纳米颗粒(NPs)严重聚集导致催化活性位点减少的问题，导致催化剂的活性和稳定性较差。因此，采用制备氧化物复合多孔碳制备载体，抑制金属纳米颗粒的团聚，提高其稳定性，是一种可靠有效的手段。目前关于NH3BH3水解的相关催化剂的研究主要集中在一些贵金属(如Pt、Ru、Pd等)上，这些贵金属已被证实具有优越的催化性能，但其稀缺性和成本过高很大程度上限制了其商业应用。合金化策略是设计除纯金属外催化材料的一个重要策略。资源丰富、价格较低的过渡金属铜(Cu)催化活性相对较弱，而由Cu与贵金属Pd组成的钯基合金催化剂，表现出优于纯钯催化剂的好性能。目前钯基催化剂主要应用于甲酸还原，Pd可以对甲酸分子的反应性能进行协同调控，促进催化性能。但是在氨硼烷水解产氢这个方面的活性和分析仍有待进一步加强。

技术实现思路

[0004]针对上述现有技术的缺陷与不足，本专利技术的目的在于提供一种通过原位还原制备氨硼烷水解析氢用催化剂Pd
0.1
Cu
0.9
/T
‑
PC及其制备方法，解决如下几处问题：
①
金属催化剂在氨硼烷水解产氢中活性低；
②
金属催化剂在氨硼烷水解产氢中稳定性差；
③
纯贵金属基催化剂在氨硼烷水解产氢中成本高且资源受限。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：
[0006]一种氨硼烷水解析氢用催化剂，所述催化剂的分子式为Pd
0.1
Cu
0.9
/T
‑
PC，结构为掺杂二氧化钛的多孔碳上负载钯铜纳米合金。
[0007]本专利技术提供一种氨硼烷水解析氢用催化剂的制备方法，采用如下技术方案，制备步骤如下：
[0008]S1、将44.3mg三羟甲基氨基甲烷盐酸盐和87.1mg三羟甲基氨基甲烷加入到适量的水中，制得100mL缓冲溶液；
[0009]S2、将560mg二氧化钛和400mg盐酸多巴胺加入到S1制备的缓冲溶液中，超声混合30min，搅拌48
‑
72h，得到悬浮液I；
[0010]S3、将S2中的悬浮液I放入固式漏斗中，抽滤分离得到湿润粉末I；
[0011]S4、将S3制备的湿润粉末I放入60℃真空干燥箱干燥12h，制得T
‑
PDA载体；
[0012]S5、将1g S4制备的T
‑
PDA载体和3g氢氧化钾加入在20mL去离子水中，制成悬浮液II；
[0013]S6、将S5制备的悬浮液II放入140℃烘箱中烘24h，得到碱化处理后的粉末II；
[0014]S7、将S6制备的碱化处理后的粉末II放入瓷舟，在管式炉中氩气氢气混合气氛下，升高至600
‑
800℃并保温1
‑
2h，自然冷却至室温，得到煅烧处理后的粉末III；所述氩气氢气混合气中，氩气∶氢气气氛体积比＝99∶1；
[0015]S8、将S7中得到的煅烧处理后的粉末III用1M盐酸洗涤，再用去离子水洗涤至中性，放入真空干燥箱干燥12h，制得T
‑
PC载体；
[0016]S9、将100mg S8制备的T
‑
PC载体放入烧杯中，用15mL去离子水溶解，得到悬浮液IV；
[0017]S10、在S9制备的悬浮液IV中，添加10.6mg硝酸钯二水合物和27.8mg氯化铜，混合超声30min，制得悬浮液V；
[0018]S11、在S10制备的悬浮液V中，添加23.1mg硼氢化钠，再搅拌30min，得到悬浮液VI；
[0019]S12、将S11中的悬浮液VI放入固式漏斗中，抽滤分离得到湿润粉末IV；
[0020]S13、将S12制备的湿润粉末IV放入60℃真空干燥箱干燥12h，制得Pd
0.1
Cu
0.9
/T
‑
PC催化剂。
[0021]优选的，步骤S7中，煅烧的升温速率为3
‑
10℃/min。
[0022]有益技术效果
[0023]1、本专利技术通过原位还原制备了Pd
0.1
Cu
0.9
/T
‑
PC合金催化剂，所制备的Pd
0.1
Cu
0.9
/T
‑
PC催化剂在氨硼烷水解析氢中具有很高的活性；金属Pd有没有完全充满电子的能带包括3d和4s，而金属Cu只有4s能带没充满，故在钯铜合金中，Cu的4s能带与Pd的3d能带重叠，能带中电子填充发生变化，并且结合XPS表征技术的结论，得出Cu向Pd转移电子，Pd的d电子密度增加，导致催化活性提升；TOF值达到279mol
H2
·
mol
Pd
‑1·
min
‑1，远高于现有的Ni3‑
Pd7/CS催化剂(TOF＝182mol
H2
·
mol
Catalyst
‑1·
min
‑1)；Pd
0.1
Cu
0.9
/T
‑
PC催化剂5次循环测试后，TOF值为223mol
H2
·
mol
Pd
‑1·
min
‑1，具有优秀的稳定性。(Ni3‑
Pd7/CS催化剂五次循环的TOF值为138mol
H2
·
mol
Catalyst
‑1·
min
‑1)
[0024]2、本专利技术创造性的设计了结构为掺杂二氧化钛的多孔碳上负载钯铜纳米合金；多孔碳层的存在能够减弱钯铜合金与二氧化钛的相互作用，稳定了钯铜合金纳米颗粒，阻止了活性位点被二氧化钛包覆，因此，Pd
0.1
Cu
0.9
/T
‑
PC催化剂的稳定性得到了显著提高。
[0025]3、纯贵金属基催化剂在氨硼烷水解产氢中存在成本高、资源受限的问题；本专利技术采用非贵本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氨硼烷水解析氢用催化剂，其特征在于：所述催化剂的分子式为Pd
0.1
Cu
0.9
/T
‑
PC，结构为掺杂二氧化钛的多孔碳上负载钯铜纳米合金。2.一种如权利要求1所述的氨硼烷水解析氢用催化剂的制备方法，其特征在于，制备步骤如下：S1、将44.3mg三羟甲基氨基甲烷盐酸盐和87.1mg三羟甲基氨基甲烷加入到适量的水中，制得100mL缓冲溶液；S2、将560mg二氧化钛和400mg盐酸多巴胺加入到S1制备的缓冲溶液中，超声混合30min，搅拌48
‑
72h，得到悬浮液I；S3、将S2中的悬浮液I放入固式漏斗中，抽滤分离得到湿润的粉末I；S4、将S3制备的湿润的粉末I放入60℃真空干燥箱干燥12h，制得T
‑
PDA载体；S5、将1g S4制备的T
‑
PDA载体和3g氢氧化钾加入在20mL去离子水中，制成悬浮液II；S6、将S5制备的悬浮液II放入140℃烘箱中烘24h，得到碱化处理后的粉末II；S7、将S6制备的碱化处理后的粉末II放入瓷舟，在管式炉中氩气氢气混合气氛下，升高至600
‑
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【专利技术属性】
技术研发人员：刘艳艳，李保军，赵心茹，
申请(专利权)人：河南农业大学，
类型：发明
国别省市：