[发明专利]一种过渡金属纳米复合催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种过渡金属纳米复合催化剂，由过渡金属纳米颗粒和载体组成，所述过渡金属纳米颗粒的负载量为5％～50％，所述载体为g‑C₃N₄。其制备包括：(1)以尿素为前驱体，在500～600℃下进行煅烧，制备出片层状的g‑C₃N₄；(2)在保护气氛下金属有机框架MOF‑74‑M于600～800℃进行碳化，原位合成碳负载的过渡金属纳米颗粒，M为Fe、Co或Ni；(3)将过渡金属纳米颗粒和g‑C₃N₄添加至溶剂中，经搅拌、超声和去溶剂处理，制得所述的过渡金属纳米复合催化剂。本发明通过将过渡金属纳米颗粒负载在片层状的g‑C₃N₄上，提高了过渡金属纳米复合催化剂的催化放氢效果，在催化领域具有广泛的应用。

技术领域

本发明属于储氢材料的应用领域，具体涉及一种过渡金属纳米复合催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

能源是人类社会发展的基础，随着化石能源的日渐匮乏以及生活环境的持续恶化，发展以氢作为能源载体的新能源技术已成为各国的共识，储氢是发展氢能经济的关键，其中与燃料电池氢源系统相关的新型储氢复合材料的研发得到广泛关注。由轻质元素组成的各种新型氢化物储氢材料，如硼氢化物、铝氢化物和氨基化合物都具有较高的理论储氢容量，为固态储氢材料与技术的突破带来了新希望。

2LiBH₄-MgH₂复合体系的理论储氢容量大于10wt.％，且具有良好可逆吸放氢性能，该体系的放氢反应焓变ΔH_des为40.5kJ/mol H₂，平衡压力为1bar时的理论放氢温度T_d为168℃。但是，其缓慢的吸放氢动力学性能仍有待进一步提高。

催化掺杂是改善金属配位氢化物吸放氢动力学性能的一种有效方法，过渡金属由于其高的电负性以及多价态的性质，是一类重要的催化元素。3d过渡金属纳米颗粒具有独特的电子结构，在电化学及催化领域具有重要的应用价值。然而，纳米尺寸催化剂在制备和吸放氢过程中，普遍存在容易出现颗粒团聚的现象，使得其催化效率下降。

此外，目前过渡金属纳米颗粒的制备过程复杂、技术要求严格、价格昂贵，无法适应规模化应用。因此，开发出一种具有高效催化作用的廉价过渡金属纳米催化剂，以提高配位氢化物复合体系的可逆储氢容量具有十分重要的意义。

发明内容

本发明目的是针对常用的二维碳材料载体自身的功能性不强等缺点，提供一种具有高效催化选择性和稳定性，并能有效提高配位氢化物复合体系的可逆储氢容量的过渡金属三维纳米复合催化剂及其制备方法与应用。

本发明采用的技术方案如下：

一种过渡金属纳米复合催化剂，所述过渡金属纳米复合催化剂由过渡金属纳米颗粒和载体组成，所述过渡金属纳米颗粒的负载量为5％～50％，所述载体为g-C₃N₄。

本发明过渡金属纳米复合催化剂具有功能性的载体，既能有助于提高催化剂的均匀分散，同时载体本身对于催化反应起到一定辅助作用。

所述过渡金属纳米颗粒为Fe、Co或Ni纳米颗粒。

所述过渡金属纳米颗粒的尺寸为8～15nm。

本发明还提供了一种所述过渡金属纳米复合催化剂的制备方法，包括：

(1)以尿素为前驱体，在500～600℃下进行煅烧，制备出片层状的g-C₃N₄；

(2)在保护气氛下金属有机框架MOF-74-M于600～800℃进行碳化，原位合成碳负载的过渡金属纳米颗粒，其中，M为Fe、Co或Ni；