[发明专利]一种C-Co纳米复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种C‑Co纳米复合材料，由络合剂与无机钴盐发生络合反应，然后进行热处理制得。其比表面积为67~150 m²g^‑1，且循环性能良好。作为硼氢化物水解制氢催化剂的应用时，放氢速率为3500~3600mL min^‑1g^‑1，产氢率为100%；循环后产氢速率保持在2000~3200mL min^‑1g^‑1，即保持初次的产氢速率的50~85%。其制备方法包括：1）将络合剂加入到DMF中，然后加入三乙胺，加热搅拌至完全溶解得到络合剂溶液，同时将无机钴盐加入到DMF中超声至完全溶解得到无机钴盐溶液，将上述络合剂溶液和无机钴盐溶液混合后进行离心，洗涤后得到前驱体；2）C‑Co纳米复合材料的制备，将前驱体进行热处理制得。本发明的优点是：通过络合剂与无机钴盐发生络合反应，然后进行热处理制得，制备工艺简单，用来催化硼氢化物的水解，提高了催化效率，循环性能优良，而且产品性能稳定，制造成本低。

技术领域

本发明涉及催化化学技术领域，具体涉及一种C-Co纳米复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着全球性能源资源的日益枯竭以及大量利用化石能源带来的一系列的环境问题，寻找可持续发展的绿色能源迫在眉睫。氢能作为一种无污染、洁净的二次能源，是当前能源科学界的研究的重中之重。然而氢的储存与制备技术仍然是制约氢能商业化应用的关键技术。目前的储氢方法，其中金属氢化物储氢因其具有高效的储氢效率反应条件简单,易控制操作安全等特点,成为国内外储氢领域研究的热点。在众多的化学氢化物储氢材料中,硼氢化物水解制氢近年来受到广泛关注,其可以在室温条件下实现高纯度氢的可控释放,不会对环境造成污染。硼氢化物在水溶液中很稳定,没有催化剂时几乎不释放氢气,因此可以实现燃料液于室温条件下的安全贮存，而加入催化剂则可显著加速水解反应。因此开发价格低廉的非贵金属催化剂成为催化硼氢化物水解的关键。

目前，很多研究工作者开发了很多催化剂，加速了硼氢化物的水解，但是放氢速率不是很高，循环性能也不是很好。主要是因为在催化剂抽滤或离心回收的过程中，很容易破坏微观结构，极大影响循环以后的性能。虽然中国现有的专利201710590003.9公开了一种络合剂DTPA和无机钴盐合成的催化剂，加速了硼氢化物的水解，也提高了循环的性能，但是放氢速率不是很高。分析其原因是由于DTPA与无机钴盐络合的时候空间位阻并不十分匹配，导致形成的络合物稳定常数小。

EDTA与金属离子配合生成具有多个五元环的络合物，且所形成的络合物的稳定常数很大，并且与无机钴盐络合的时候空间位阻适中，刚好可以满足Co离子发生络合反应的条件，能够实现提高放氢速率，达到改善硼氢化物水解的目地。

发明内容

本发明的目的是要提供一种C-Co纳米复合材料的制备方法以及应用。其原理是由络合剂和金属离子经过络合反应生成络合物，然后通过热处理制备出纳米复合材料的催化剂。EDTA与金属离子配合生成具有多个五元环的络合物，且所形成的络合物的稳定常数很大，与Co原子结合能力刚好合适，合成得到的催化剂具有高的催化性能，加速了硼氢化物的放氢速率，并且循环性能良好，合成方法简单，价格低廉。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

C-Co复合纳米材料，由络合剂与无机钴盐，以一定物质的量之比发生络合反应生成的络合物，然后将络合物进行热处理，从而制得C-Co复合纳米材料；其比表面积为120~150m²g^-1；具有磁性，能被磁铁吸引。

C-Co复合纳米材料作为硼氢化物水解制氢催化剂的应用，催化硼氢化物水解放氢速率为3500~3600mL min^-1g^-1，产氢率为100%；可以通过磁铁进行回收，经过15次循环后，回收率为99~100%，循环使用时，产氢速率保持在2000~3200mLmin^-1g^-1，即保持初次的产氢速率的50~85%。