一種Co-B/Ni-B非晶納米球復(fù)合合金催化劑的制備方法及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及催化化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種Co-B/N1-B非晶納米球復(fù)合合金催化劑的制備方法及其在硼氫化物水解制氫中應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著全球性常規(guī)能源資源的日益枯竭以及大量利用化石能源帶來的一系列環(huán)境問題，尋找可持續(xù)發(fā)展的能源道路，開發(fā)利用清潔、綠色新能源，無疑是人類的最終出路。氫能作為一種高效、潔凈的二次能源已受到世界各國(guó)的廣泛關(guān)注，而且作為一種基本的化工原料，已廣泛應(yīng)用到現(xiàn)代工業(yè)眾多領(lǐng)域中。而安全、高效的儲(chǔ)氫技術(shù)對(duì)利用氫能起著決定性的作用。目前的儲(chǔ)氫方法，其中金屬氫化物儲(chǔ)氫因其具有高效的儲(chǔ)氫效率；反應(yīng)條件簡(jiǎn)單，易控制；操作安全等特點(diǎn)，成為國(guó)內(nèi)外儲(chǔ)氫領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。在眾多的化學(xué)氫化物儲(chǔ)氫材料中，硼氫化物水解制氫近年來受到廣泛關(guān)注，其可以在室溫條件下實(shí)現(xiàn)高純度氫的可控釋放，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。硼氫化物在水溶液中很穩(wěn)定，沒有催化劑時(shí)幾乎不釋放氫氣，因此可以實(shí)現(xiàn)燃料液于室溫條件下的安全貯存；而加入催化劑則可顯著加速水解反應(yīng)。因此，可以通過控制催化劑與燃料液的接觸與分離實(shí)現(xiàn)即時(shí)按需制氫。圍繞催化水解可控制氫技術(shù)，各國(guó)的科研工作者開展了大量研究但硼氫化物的水解受到催化劑的制約，開發(fā)價(jià)格低廉的非貴金屬催化劑成為硼氫化物水解的關(guān)鍵。因此新型Co-B/N1-B非晶納米球復(fù)合合金催化劑的發(fā)明對(duì)高效利用氫能有很重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是要提供一種Co-B/N1-B非晶納米球復(fù)合合金催化劑的制備方法及其在硼氫化物水解制氫中的應(yīng)用。
[0004]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0005]本發(fā)明的Co-B/N1-B非晶納米球復(fù)合合金催化劑的制備方法的具體步驟如下:
[0006](I)將硫酸鎳、檸檬酸鈉加入到水溶液中，攪拌均勻，硫酸鎳與檸檬酸鈉的重量比為0.25?5: 0.05?2，硫酸鎳與水溶液的重量體積比為0.25?5: 50?150g/ml ；
[0007](2)將步驟(I)得到的水溶液置于超聲清洗儀中進(jìn)行超聲分散；
[0008](3)稱取NaBH4,然后加入到水中，得到NaBHyK溶液，NaBH 4與硫酸鎳的重量比是0.1?1:0.25?5，NaBH4與水的重量體積比是0.1?1:5?15g/ml ；
[0009](4)將步驟(3)的NaBHyK溶液緩慢滴加到步驟⑵的水溶液中；
[0010](5)稱取氯化鈷，加入水中溶解，得到氯化鈷水溶液，氯化鈷與硫酸鎳的重量比是0.5?5:0.25?5，氯化鈷與水溶液的重量體積比為0.5?5: 10?100g/ml ；
[0011](6)將步驟(5)的氯化鈷水溶液加入步驟(4)的溶液中，繼續(xù)超聲；
[0012](7)稱取NaBH4，然后加入到水中，得到NaBHyK溶液，NaBH 4與氯化鈷的重量比是0.1?1:0.5?5，NaBH4與水的重量體積比是0.1?1:5?20g/ml ；
[0013](8)將步驟(7)的NaBH4溶液緩慢滴加到步驟(6)的水溶液中；
[0014](9)滴加完成后，再讓溶液反應(yīng)I小時(shí)，過濾、洗滌、干燥，得到Co-B/N1-B納米球復(fù)合合金催化劑。
[0015]步驟(I)中，優(yōu)選硫酸鎳與檸檬酸鈉的重量比為5: 1.5，硫酸鎳與水溶液的重量體積比為2.5:100g/mlo
[0016]步驟(2)中，將步驟(I)得到的水溶液置于超聲清洗儀中進(jìn)行超聲分散lh。
[0017]步驟(3)中，優(yōu)選NaBH4與硫酸鎳的重量比是2:5，NaBH 4與水的重量體積比是0.2:10g/ml。
[0018]步驟(5)中，優(yōu)選氯化鈷與硫酸鎳的重量比是1.5:5，氯化鈷與水溶液的重量體積比為 1.5: 20g/mlo
[0019]步驟(7)中，優(yōu)選NaBH4與氯化鈷的重量比是0.5:1.5，NaBH4與水的重量體積比是0.25:10g/ml。
[0020]本發(fā)明的方法制備的Co-B/N1-B非晶納米球復(fù)合合金催化劑可以用于硼氫化物水解制氫。
[0021]所述應(yīng)用的具體方法如下:
[0022]A)每稱取0.05g所制備的Co-B/N1-B非晶納米球復(fù)合合金催化劑，對(duì)應(yīng)分散在濃度為0.03mol/L硼氫化物的水溶液1mL中，密封，通過恒溫水浴控制溶液的溫度30°C ；
[0023]B)將產(chǎn)生的氫氣通過排水法收集，記錄單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的氫氣的體積，得到放氫的速率。
[0024]本發(fā)明通過Co-B/N1-B納米球復(fù)合合金催化劑催化硼氫化物的水解；使其可以在常溫常壓下實(shí)現(xiàn)催化水解，水解放氫的速率可達(dá)3L/(min.g)，比在普通的Co-N1-B粉末提高了 6倍。
[0025]本發(fā)明的工作原理是:
[0026]金屬離子在硼氫化物還原劑的作用下，被還原出來，同時(shí)加入檸檬酸鈉絡(luò)合劑控制反應(yīng)條件，阻礙金屬離子團(tuán)聚，通過二次還原的方式，可以得到Co-B/N1-B納米球合金，其具體的反應(yīng)原理如下:本發(fā)明采用硼氫化鈉作為還原劑，將N1、B首先從溶液中還原出來，然后將Co、B從溶液中還原出來。
[0027]所制備的納米球合金材料同時(shí)又可以作為硼氫化物的水解的催化劑。由于制備的納米球狀結(jié)構(gòu)，增加了催化劑硼氫化物有效接觸面積，減少了水解后的副產(chǎn)物在催化劑上附著的幾率，進(jìn)一步提高了復(fù)合材料的催化活性。
[0028]本發(fā)明的積極效果如下:
[0029]1.合成了小于50納米的球狀的Co-B/N1-B高效催化劑:本發(fā)明是在超聲分散的同時(shí)，采用還原劑(硼氫化鈉)通過二次還原合成Co-B/N1-B納米球合金，同時(shí)采用檸檬酸鈉作為絡(luò)合劑，有效控制了納米的大小，提高了催化效率，降低了成本；
[0030]2.應(yīng)用效果好:所合成的Co-B/N1-B納米球復(fù)合合金催化劑，比非納米球狀的催化劑的催化活性近6倍，提高了催化效率；
[0031]3.制備工藝簡(jiǎn)單，產(chǎn)品性能穩(wěn)定:所制備的催化劑制備簡(jiǎn)單，適合大批量的制備，而且后處理工藝簡(jiǎn)單；
[0032]4.使用方便:將催化劑與反應(yīng)液直接混合即可，而且操作簡(jiǎn)便，重現(xiàn)性好。
【附圖說明】
[0033]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1制備的Co-B/N1-B非晶納米球復(fù)合合金催化劑的掃描電鏡圖；
[0034]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1制備的Co-B/N1-B非晶納米球復(fù)合合金催化劑與普通Co-B, N1-B粉末對(duì)硼氫化物的水解催化的對(duì)比圖。
[0035]從圖1中可以看出，所制備的Co-B/N1-B非晶納米球大小為30_80nm，納米球均勻分布，之間有空隙，有利于反應(yīng)物的擴(kuò)散。從圖2可以看出，采用普通方法制備的Co-B/N1-B非晶合金，其水解反應(yīng)速率明顯低于本發(fā)明制備的Co-B/N1-B非晶納米球，水解速度提高了 2倍多。
【具體實(shí)施方式】
[0036]下面的實(shí)施例是對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步詳細(xì)描述。
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