[发明专利]一种催化甲酸产氢的铈基纳米球型催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种催化甲酸产氢的铈基纳米球型催化剂及其制备方法，该催化剂的化学结构式为xPt@CeO₂(0≤x≤0.3)。催化剂是以氯化铂、硝酸铈、无水乙醇为原料。本发明方法所用原料廉价易得、实验条件温和，制备工艺简单，绿色环保，具有重要的科学意义和良好的应用前景。本发明制得的铈基纳米球型催化剂呈现实心纳米球型结构。催化剂可在低温高效催化液相甲酸生成氢气，同时表现出了较高的氢气选择性没有生成一氧化碳造成二次污染。

技术领域

本发明属于纳米材料制备与催化应用领域，具体涉及一种催化甲酸产氢的铈基纳米球型催化剂及其制备方法。

背景技术

空气污染是人类面临的最重要的环境问题之一，很大程度上是由于汽油和柴油发动机中化石燃料的无限制燃烧所引起的。因此，开发用于产生清洁能源的生态友好型可持续资源已成为当今研究的热点。作为一种众所周知的元素，氢气被广泛认为是一种有前途的清洁燃烧燃料，可以满足全球范围内不断增长的能源需求。氢气不仅具有高能量密度而且兼具环保和可循环利用的特点。此外，氢被认为是最好的能量载体可以转化为理想的能量形式。介于氢气的独特优势，因此可以在石油储备用尽之前得到充分开发。

甲酸是最简单的羧酸，在室温下为无毒液体，密度为1.22g/cm³，易于运输，加油和安全存储。甲酸及其共轭碱甲酸酯已广泛用作转移氢化反应中的氢源。甲酸分解主要遵循两个反应途径，其中脱氢反应是所需的反应，而脱水反应是不希望发生的副反应。甲酸选择性分解为二氧化碳和水，这是在适当催化剂存在条下二氧化碳加氢的可逆反应。但是，甲酸脱水反应会产生污染物一氧化碳，所以应避免发生。基于甲酸优异的储氢性能，开发一种能够催化甲酸产氢的高活性和高选择性的催化剂是一项迫在眉睫的工作。

在过去的十年中，作为纳米催化剂最重要的一类，纳米孔负载的贵金属纳米颗粒(Pd，Pt，Au)及其金属氧化物被广泛用于催化甲酸分解反应，并表现出较高的产氢效率。Pt相对于Pd和Au较低的成本而引起了其对催化甲酸脱氢反应更多的研究。此外，将金属纳米粒子负载在不同的载体上例如：SBA、ZSM、MSC、MOF、POP、SiO₂等均可不同程度提高催化剂的催化活性。酸性氧化物载体有利于甲酸脱水，而碱性氧化物载体有利于甲酸脱氢。因此，我们认为碱性氧化物CeO₂可以较大程度促进甲酸产氢。

CeO₂拥有良好的储放氧能力，这是因为其中存在变价转换，因此被广泛用作三效催化剂储氧材料。但CeO₂的缺点是热稳定性差，高温煅烧之后烧结，会失去优良的储氧能力。通常将贵金属掺杂进CeO₂的晶格当中形成固溶体混合物，以表现出所期的性质例如更小的晶粒尺寸、更高的比表面积、丰富的氧空位和增强的氧化还原性能。所以，借助Pt粒子的掺杂，可以充分利用其提高氧化还原性能而实现低温高效催化甲酸分解。

发明内容

本发明的目的是提供一种催化甲酸产氢的铈基纳米球型催化剂及其制备方法。

本发明采用如下技术方案来实现的：

一种催化甲酸产氢的铈基纳米球型催化剂的制备方法，包括以下步骤：

1)在3mL去离子水中按比例为(0.01-0.1)mol：(0.2-0.5)mol：(30-50)mL依次加入Ce(NO₃)₃·6H₂O，PVP和乙二醇搅拌形成混合溶液，然后将得到的混合溶液转移至高压反应釜中密封，在真空条件下加热至80-150℃反应，反应时间为2-6h，最后冷却至室温，得到深紫色产物；

2)将步骤1)得到的深紫色产物依次用去离子水洗涤，得到产物后干燥，得到铈基纳米球型材料；

3)将步骤2)得到的铈基纳米球型材料研磨，得到的粉末固体置于去离子水中混合溶解，加入0.8～1.2mol/L PtCl₂水溶液，得到混合溶液；