[发明专利]一种晶面调控的负载型纳米合金催化剂及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种晶面调控的负载型纳米合金催化剂及其制备方法与应用。所述催化剂包括金属合金活性相和金属氧化物载体相，所述金属合金活性相以纳米颗粒形式弥散分布于金属氧化物载体相表面，所述金属氧化物载体相选择性的暴露出(111)、(200)、(220)的晶面中的一至两种。通过不同的水热条件合成出具有不同形貌的氧化物载体，使其暴露出不同的晶面；随后将两种不同的金属前驱体盐吸附在氧化物载体上，所得产物在还原性气氛下进行热处理反应，得到高分散负载型纳米合金催化剂。本发明的制备方法原料易得、工艺简单、易于量产。制得的催化剂兼具高本征催化活性、丰富的活性位点，可在碱性条件下高效催化水合肼分解制氢。

技术领域

本发明属于不可逆储氢材料领域，具体涉及一种晶面调控的负载型纳米合金催化剂及其制备方法与应用。

背景技术

能源与环境是人类赖以生存和发展的基础。随着经济全球化的不断深入发展，人类对能源的需求达到了一个前所未有的阶段。因此，发展可持续的清洁能源已成为关乎人类可持续发展的重大课题。氢是一种清洁高效的可再生能源，易于实现氢/电转换，在缓解化石能源减少、环境污染巨大压力的进程中，有望扮演极为重要的角色。但从技术层面，实现氢能的规模化产业应用需构建包括制氢、储氢、用氢等环节在内的完整氢能产业链，其中储氢环节因须同时满足储氢密度、操作条件、安全性、成本等方面的苛刻技术指标而最具挑战性，被公认为制约氢能应用的“瓶颈”。直至2000年前后，化学储氢技术的兴起为突破储氢“瓶颈”提供了契机。在各种备选的化学氢化物中，水合肼(N₂H₄·H₂O)因其综合性能优势与独特的分解反应行为而成为各国学者关注的热点。N₂H₄·H₂O具有质量储氢密度高(8.0wt％)、材料成本低(2$/L)、化学稳定性良好等优点，特别是其分解反应不产生固体副产物及有害气体，颇具移动氢源应用潜力。

N₂H₄·H₂O分解制氢体系作为一种具有极高应用潜力的化学可控制氢体系，开发具有低成本、高活性、高稳定性的催化剂来选择性地促进N₂H₄·H₂O分解生成H₂和N₂的生成同时抑制副反应NH₃和N₂的发生是N₂H₄·H₂O催化分解制氢的关键。研究发现，由贵金属(如Pt和Ir)和非贵金属(如Ni、Co和Fe)组合而成的负载型双金属合金催化剂在催化N₂H₄·H₂O分解制氢活性和选择性方面均表现出优异的性能。但是负载型催化剂的研究多集中在金属氧化物纳米颗粒上。纳米材料的催化性能不仅与纳米颗粒尺寸、形状有关，还与其暴露的晶面以及表面原子的类型及合金颗粒的分布状态密不可分。通过对金属氧化物的形貌结构进行控制，形貌依赖型纳米催化的概念不仅可以从根本上理解结构-性能的关系，而且对设计和制备高效催化剂具有重要意义。

发明内容

针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种适用于水合肼分解制氢的负载型纳米合金催化剂及应用。本发明催化剂具有高本征催化活性、丰富的活性位点。研究表明，该催化剂可在碱性条件下高效地催化水合肼分解制氢。

本发明的另一目的在于提供上述基于晶面调控负载型水合肼分解制氢催化剂的制备方法。该方法制备工艺简便、便于量产、可应用于其他催化材料领域。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种晶面调控的负载型纳米合金催化剂，所述催化剂包括金属合金活性相和金属氧化物载体相，所述金属合金活性相以纳米颗粒形式弥散分布于金属氧化物载体相表面，所述金属氧化物载体相选择性的暴露出(111)、(200)、(220)的晶面中的一至两种。