[发明专利]一种镍/六方氮化硼复合纳米材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，具体涉及一种镍/六方氮化硼复合纳米材料Ni@h-BN及其制备方法和应用。

背景技术

氢能作为一种能源载体，是21世纪最有发展前景的清洁能源。但是，从储氢材料中可控地释放氢气一直是未攻克的技术难题，极大地阻碍了氢能经济的发展。氨硼烷是一种理想的储氢材料，这是由于它具有很高的含氢量（19.6 wt %）、稳定性及其无毒性。氨硼烷的产氢方式主要有两种：水解与热解。金属催化剂催化水解，可使氢气释放速率大幅提升，且有着极佳的可控性。过渡金属镍而非贵金属中镍，由于廉价易得而受到青睐，更重要的是镍属于磁性金属，在外磁场的作用下易于集中回收，这对于催化剂的循环使用有着重要的意义。但是单一的纳米金属粒子，由于具有较高的比表面能和较强的范德华力,非常容易发生聚集而形成团簇。因此，开发高效、可控、稳定的催化剂对于氨硼烷水解产氢有重大的意义。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术不足，提供一种镍/六方氮化硼复合纳米材料Ni@h-BN及其制备方法和应用，拟解决传统金属纳米催化剂不稳定、易团聚等问题。本发明所制备的催化剂较稳定且具有磁性，易回收再次利用。本发明制备方法简单，原料廉价易得，有利于大规模的工业生产，具备显著的经济和社会效益。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种镍/六方氮化硼复合纳米材料，以六方氮化硼作为基底负载镍纳米颗粒形成二维负载结构，该复合纳米材料标记为Ni@h-BN。

所述的镍/六方氮化硼复合纳米材料的制备方法为高温焙烧法和溶剂热法, 具体包括以下步骤：

（1）将氧化硼、尿素和硝酸铜按质量比10:20:0.3混合，研磨成粉末；取混合样品于刚玉磁舟里，再将其置于横放式高温管式炉里，反应是在氨气气氛的保护下，以5℃/min速度升温到1250℃再保持5h；取出样品经研磨并用硝酸洗涤，离心至胶体后干燥，得到BN载体；

（2）取步骤（1）制得的BN载体超声分散在乙二醇中，并加入氯化镍，搅拌0.5h，然后逐滴加入水合肼，然后140℃下水热12h，用水和乙醇洗涤，离心干燥即得到镍/六方氮化硼复合纳米材料。

所述的镍/六方氮化硼复合纳米材料用于催化氨硼烷水解产氢。

本发明的有益效果在于：

（1）本发明的制备方法具有很好的可控性和重复性、制备过程简单、低环境污染，有利于大规模的工业生产。

（2）二维负载结构的纳米催化剂Ni@h-BN能高效催化氨硼烷水解产氢，同时具有良好的稳定性。有磁性，易于回收，可循环利用，具有很高的实用价值和应用前景。

附图说明

图1为本发明的具有不同镍含量的镍/六方氮化硼复合纳米材料XRD图；图1中： a:7.4 wt% Ni，b:22.2 wt% Ni，c: 25.0 wt% Ni，d: 26.0 wt% Ni，e: 29.3 wt% Ni；

图2为本发明的具有不同镍含量的镍/六方氮化硼复合纳米材料红外图谱（FTIR）；图2中： a:7.4 wt% Ni，b:22.2 wt% Ni，c: 25.0 wt% Ni，d: 26.0 wt% Ni，e: 29.3 wt% Ni；

图3为本发明的具有不同镍含量的镍/六方氮化硼复合纳米材料拉曼图谱（Raman）；图3中： a:7.4 wt% Ni，b:22.2 wt% Ni，c: 25.0 wt% Ni，d: 26.0 wt% Ni，e: 29.3 wt% Ni；

图4为本发明镍/六方氮化硼复合纳米材料透射电镜图（TEM）和高分辨透射电镜图（HRTEM）；

图5为本发明的具有不同镍含量的镍/六方氮化硼复合纳米材料的催化氨硼烷水解的反应速率图；

图6为本发明的镍/六方氮化硼复合纳米材料的催化氨硼烷水解产氢的循环性能图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明也不仅限于实例的内容。

实施例1

将氧化硼、尿素和硝酸铜按质量比10:20:0.3混合，研磨成粉末；取混合样品于刚玉磁舟里，再将其置于横放式高温管式炉里，反应是在氨气气氛的保护下，以5℃/min速度升温到1250℃再保持5h；取出样品经研磨并用硝酸洗涤，离心至胶体后干燥，得到BN载体；取0.124g的BN载体超声分散在乙二醇中，加入0.0558g的氯化镍，搅拌0.5h，然后逐滴加入0.12 mL水合肼，然后140℃下水热12h，用水和乙醇洗涤，离心干燥。