[发明专利]一种以含氮聚合物为分散剂的负载型催化剂及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种以含氮聚合物为分散剂的负载型催化剂及其制备方法与应用。包括：将载体前驱体盐和NH₄HCO₃溶于水中，然后逐滴加入乙二胺，搅拌后，水热反应，自然冷却到室温，离心、洗涤、干燥，空气煅烧得到类三角形纳米片基体；将含氮聚合物、基体、过渡金属前驱体盐分散到水中，搅拌，加入NaBH₄和NaOH的混合水溶液，还原反应直至无气泡产生，静置后，对沉淀物进行离心分离，水洗，真空干燥，在还原气氛中热处理得到负载型催化剂。本发明提供了一种新型的高效水合肼分解制氢催化剂和合成方法，该方法原料丰富、操作简便、适于量产、所得催化剂本征活性高、活性位点丰富，可在室温条件下实现完全分解制氢。

技术领域

本发明属于催化材料技术领域及制氢技术领域，具体涉及一种以含氮聚合物为分散剂的负载型催化剂及其制备方法与应用。

背景技术

目前社会使用的能源主要有石油、煤碳、天然气等，这些能源属于典型的不可再生资源，在推动工业化进程的同时，又会带来能源短缺、环境污染、温室效应等一系列全球性问题。因此，为了实现社会的可持续发展，必须改变以传统化石能源为核心的能量供给体系，开发出新型清洁高效的可再生能源取代不可再生的化石能源。氢是一种清洁的能源载体，具有燃烧效率高、环保、储量丰富、导热性好等独特优势，自发现以来就受到了科研工作者的重视，有望在未来的能源领域承担起重要角色。不过，氢的高效安全经济储运一直是制约其市场化应用的难题。近年来，发现水合肼催化分解制氢是一项颇具应用潜力的化学储/制氢技术，该技术除了储氢密度高、放氢温度温和、制氢成本较低等优点外，还具有放氢反应不产生固体副产物的突出优势，后者对于简化制氢系统设计具有重要意义。发展实用型水合肼可控制氢技术的核心课题在于研发兼具高催化活性、高制氢选择性和良好耐久性的催化剂。根据以往的报道，过渡族金属表现出了良好的性能，研制高效催化剂选择性促进水合肼分解制氢，同时有效抑制NH₃生成是发展水合肼可控分解制氢技术的核心课题。各国学者研究发现，VIII族非贵金属与贵金属组成形成的合金催化剂在活性和制氢选择性方面显著优于单金属催化剂，因而合金化成为最重要的改性策略之一；另一种常用的改性策略是将活性组分负载到碱性载体表面。近年来，各国学者综合运用合金化、引入碱性载体、结构纳米化等先进的催化剂改性策略，成功研制出系列高效催化水合肼分解制氢的催化剂(适于水合肼分解制氢的Ni-Pt/CeO₂催化剂的表面组分，丘玉萍，戴豪，戴洪斌，王平。)。目前报道的Pt基合金催化剂的制备方法主要沿用液相还原法和高温热处理方法，前者存在合金化不充分的缺点，后者虽能改善前者的不足，但存在高温下颗粒团聚的现象。因此，发展先进的合成方法弥补传统方法的不足仍是推进水合肼制氢技术实用化进程中亟待解决的重要问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种以含氮聚合物为分散剂的负载型催化剂及其制备方法与应用。该方法原料丰富、操作简便、适于量产、所得催化剂本征活性高、活性位点丰富，可在室温条件下实现完全分解制氢，综合催化性能接近目前报道的最优性能Ni-Pt催化剂。

本发明的催化剂由活性金属相、含氮聚合物和基体相组成，活性金属相在低温热处理条件下以细小纳米颗粒形式弥散分布于基体相表面，基体材料具有光滑的类三角形特征。催化剂具有高比表面积和高本征活性。催化剂制备方法包含载体的制备，活性组分还原，热处理三步法，以含有载体、过渡金属盐和PVP等含氮聚合物的溶液为起始原料，采用硼氢化钠还原金属活性组分优选最优Pt/Ni比例，然后通过调控制备条件优化PVP含量，最后对制得的催化剂的进行低温热处理，制得活性相弥散均匀分布的催化剂。

本发明通过以下技术方案实现本发明的目的：

一种以含氮聚合物为分散剂的负载型催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将载体前驱体盐和NH₄HCO₃溶于水中，得载体前驱体盐溶液；然后逐滴加入乙二胺，搅拌后，水热反应，自然冷却到室温，离心、洗涤、干燥，空气煅烧得到类三角形纳米片基体；