[发明专利]一种用于硼氢化钠水解的钴酸镍催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种新型的硼氢化钠水解制氢用催化剂钴酸镍(NiCo₂O₄)及其制备方法，首次将化合物型催化剂引入硼氢化钠制氢领域，该催化剂既可以各种形态单独使用，也可负载使用。本发明以分子筛为载体、均相沉淀法合成钴酸镍/分子筛催化剂。具体步骤包括：(1)将钴源、镍源、尿素溶解于去离子水中形成溶液A；(2)将分子筛加入A中形成溶液B；(3)将溶液B置于80～130℃油浴中搅拌数小时，抽滤得到固体C；(4)将固体C于300～400℃烧结数小时即得目标产物。本发明制备的无机物可替代该领域使用的非贵金属催化剂，在硼氢化钠制氢反应中，其催化性能佳，循环使用周期长，耐腐蚀，且制备工艺简捷，原料利用率高。

技术领域

本发明属于便携式制氢技术，具体涉及一种新型的硼氢化钠水解制氢用钴酸镍(NiCo₂O₄)催化剂及其制备方法。

背景技术

硼氢化钠是一种理想的储氢材料，氢气储量可以达到10.8wt％。为实现硼氢化钠稳定高效的释放氢气，寻找一种成本低廉，制作简便，循环使用性能优良的催化剂是其技术关键。硼氢化钠催化水解反应为：NaBH₄+2H₂O＝NaBO₂+4H₂。

研究发现贵金属钌、钯对于硼氢化钠水解具有很好的催化效果，但因为贵金属的价格以及储藏量问题，在实际生产中难以广泛应用。非贵金属催化剂是目前硼氢化钠水解制氢领域广泛研究和应用的金属型催化剂，其中钴、镍的催化效果令人属目。但它们都是以金属氧化物和金属的混合物形式存在，没有统一的分子式或是一定的化学形态。例如催化剂均以Co-Ru-Mo-B、Co-Mo-Pd-B、Ni-Co-B、Co-Ni-P-B、Co-Cr-B、Co-Mo-B、Co-W-P、Co-P等不定分子式的混合物形式表达，并且在使用过程中易发生氧化、脱落。

为提高催化剂的产氢效率，增加催化剂的比表面积，使用载体是目前常用的方法之一。常用的催化剂载体主要有碳纳米纤维、碳气凝胶、γ-Al₂O₃、TiO₂、黏土、石墨烯、泡沫金属、活性炭、SiO₂等多孔物质。

目前所制备的催化剂在催化效果方面有了很大的进步，但在制备成本，重复使用性能方面依然面临着许多的问题。因此，寻找制备成本低廉，使用寿命更长的催化剂成为目前研究的主要方向。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开一种可用于硼氢化钠水解制氢的新型催化剂——钴酸镍；钴酸镍为反尖晶石结构(空间群为Fd-3m(227)，晶胞参数为8.114x 8.114x 8.114<90.0x 90.0x 90.0>)，通过可控制备亦可得到多种微观形貌，如片状、链状、球状、多孔状等，元素间以离子键或共价键形式相连，相互之间结合紧密。不同于目前所使用的贵金属或是非贵金属催化剂，它们是一种不定分子式的混合物。钴酸镍催化剂是一种自然条件下可长期存在的化合物，具有稳定的物理化学状态；具有耐强碱，使用寿命长，高活性的特点；其制备方法有机械混合煅烧法、金属盐热分解法、喷雾热分解法、共沉淀热分解法、溶胶凝胶法、低温固相法、电沉积法以及静电纺丝法，本发明以分子筛载体为例，通过均相沉淀法将钴酸镍前驱体沉积在分子筛上，并通过马弗炉烧结最终得到钴酸镍/分子筛催化剂。本发明创新性的采用了一种新形式的硼氢化钠水解制氢催化剂，为高效、稳定、快速启动和停止制氢过程提供了新的催化剂形式。

本发明所制备的钴酸镍/分子筛催化剂是利用钴源与镍源相结合，制备而成，具体是通过以下技术方案实现的：

硼氢化钠水解制氢用催化剂的制备方法，可按如下步骤依次实施：

(1)以分子筛、钴源、镍源、尿素、乙醇、去离子水为原料，取负载载体将其干燥；

(2)将钴源、镍源、尿素溶解于去离子水中形成溶液A；