[发明专利]一种用于制备燃料电池用氢的脱氢催化剂及制备方法

说明书

本发明提出一种用于制备燃料电池用氢的脱氢催化剂及制备方法，将硝酸与乙醇按照摩尔比例1:8配置为混合溶液，向溶液中加入钼源充分溶解后，缓慢滴加正硅酸乙酯，在水浴加热下搅拌至形成凝胶，之后进行高压干燥，最后将干燥后的粉末进行高温热处理，制备得到负载钼的二氧化硅催化剂。本发明通过金属钼团簇含量的控制，调节催化剂表面酸度，用于提高对甲基环己烷的脱氢，降低甲基环己烷脱氢产物甲苯对原料的稀释和对催化剂的影响，从而提高产氢能力。同时大量的微孔暴露出更多的催化活性点位，从而提高其催化活性。本发明制备的钼‑二氧化硅脱氢催化剂具有优异的脱氢性能，同时催化剂原料易得，具有大规模工业化生产潜力。

技术领域

本发明涉及储氢材料领域，特别是涉及一种用于制备燃料电池用氢的脱氢催化剂及制备方法。

背景技术

随着煤炭、石油等主要天然资源的日益枯竭，化石燃料的大量消耗形成二氧化碳过度排放，导致的大城市污染和交通拥堵问题日益突出，迫切需要我们寻找更高级的清洁能源。氢能源作为高效、洁净和理想的二次能源已经受到了全世界的广泛重视。大规模、廉价地生产H₂是开发和利用H₂能的重要环节之一。氢能源的制备、输运和存储是限制目前商业化的主要因素，特别是在氢气的存储上，目前主要存储手段有常温高压储氢、低温液化储氢和吸附储氢三种，有机液态储存具有催化过程可逆，反应物可循环利用，储氢效率高，较高的体积能量密度，储存容器体积小，特别适合储存空间有限的运载场合，将氢存储于有机溶液中，不易燃、几乎零挥发，比汽油还安全。

有机液态氢化物(OCH)储氢技术是借助某些烯烃、炔烃或芳香烃等储氢剂和氢气的可逆反应来实现加氢和脱氢的。有机液态氢化物可逆储放氢系统是一个封闭的循环系统，由储氢剂的加氢反应、氢载体的储存、运输及氢载体的脱氢反应等3个过程组成。利用催化加氢装置，将氢储存在储氢介质中。氢载体输送到目的地后, 再通过催化脱氢装置, 在脱氢催化剂的作用下, 释放出被储存的氢能，供用户使用, 储氢介质则经过冷却后储存、运输、循环再利用。作为储氢介质用的环烷烃通常有甲基环己烷(methylcyclohexane)、环己烷(methylcyclohexane)、萘烷(decalin)、四氢化萘(tetralin)、环己基苯(cyclohexylbenzene)、双环己烷(bicyclohexyl)、1-甲基萘烷(1-methyldecalin)等。甲基环己烷熔点-126.6℃，沸点101℃，溶沸点区间合适，而且原料易得，理论储氢量达到6.18%，脱氢转化效率也相对较好，在质量储氢密度上有较大优势，引起了人们越来越多的关注。

有机液体氢载体的脱氢是一个强吸热、高度可逆的反应，其脱氢效率在很大程度上决定了这种储氢技术的应用前景。要想提高脱氢效率，必须升高反应温度或降低反应体系的压力，目前多采用具有较高的催化活性的Pt、Pt-Ru、Pd等多种贵金属或合金进行催化脱氢。而贵金属作为催化剂材料资源有限，价格昂贵，因而，研究人员将更多的注意力集中在减少贵金属催化剂用量，寻找替代贵金属催化剂的方向上。中国发明专利申请号201010013600.3公开了一种含微量贵金属的有机储氢介质脱氢用催化剂及制备方法，所述催化剂包含Ni 5％-15％，La 0.5％-4％，Pt 0.01％-0.1％，Cu 0.02％-1％，其余为载体活性炭。在尽可能少地使用贵金属的情况下，使各组分之间产生了良好的协同催化作用，从而提高了脱氢催化活性。中国发明专利申请号201710627338.3公开了一种铂锡负载型水滑石脱氢催化剂及其制备方法和应用，采用碱沉淀法制备了Mg-Al水滑石载体，再采用等体积浸渍法负载活性组分Pt和Sn，最后经氢气程序升温部分还原得到铂锡负载型水滑石催化剂。

为了进一步降低贵金属的使用，目前对非贵金属催化剂铜、镍、碳纳米管等催化剂同样有部分研究，然而，非贵金属催化剂催化性能相对较差，而催化剂载体的比表面积、催化剂表面的酸性强弱、活性金属组分在载体中的分散度、组分与载体之间的结合情况、载体的孔的通道结构和大小相互作用共同影响催化剂理化性能，因此，通过开发一种制备方法系统调控上述影响因子对开发一种非贵金属的高活性和高稳定性脱氢催化剂具有十分重要的实际意义。

发明内容