[发明专利]用于催化氨硼烷水解制氢的催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明属于储氢材料技术领域，具体为一种用于催化氨硼烷水解制氢的催化剂及其制备方法和应用。本发明的磷铜共掺杂氧化钴复合材料催化剂由ZIF‑67沸石咪唑酯骨架结构材料作为前驱体进行碳化掺杂Cu、P元素制备得到，活性成分为Cu、Co、O、P元素，记为P‑Cu‑Co₃O₄@C；其在氨硼烷水解制氢反应中表现出优异的催化活性，可达111.06mol_H2·mol^‑1_cat·min^‑1，表观活化能为38.31kJ/mol，并且经过5次循环催化反应后，保持68％的催化活性。本发明催化剂制备工艺简单、成本低廉、原料易得，具有广泛应用前景。同时，本发明的阴阳离子共掺杂方法也为高性能催化剂的设计合成提供了新思路。

技术领域

本发明属于储氢材料技术领域，具体涉及一种磷铜共掺杂氧化钴复合材料催化剂及其制备方法和在催化氨硼烷水解制氢中的应用。

背景技术

现如今，随着传统化石能源的过度的开发和使用，在造成一系列能源危机的同时也引发了一系列环境问题，如酸雨、温室效应、空气污染等。寻找开发一种可再生的绿色清洁能源替代传统能源已成为未来社会能否实现可持续发展的重中之重。氢能由于具有来源广泛、能量密度高、环境友好等优点，被认为是可利用的下一代绿色能源，备受研究者关注。

由于氢气具有密度低以及爆炸极限宽等特点，如何高效便捷地储存和运输氢气成为限制氢能开发利用的瓶颈问题。开发一种高效的储氢材料是目前氢能研究领域的热点课题之一。氨硼烷作为一种常见的储氢材料，它的放氢密度高(理论储氢容量高达19.6wt％)、放氢温度低、放氢速度快、无毒，受到了广泛的研究。氨硼烷可通过热解、水解、醇解等途径放氢，其中，氨硼烷与水发生如下反应：

NH₃BH₃+2H₂O→NH₄BO₂+3H₂

从反应式中可以看出，氨硼烷与水反应会夺走H₂O中的一个H，经过计算，如果氨硼烷水解产生的氢气燃烧得到的水回到水解体系中，实现水的循环利用，则不考虑水的质量，氨硼烷水解体系的储氢密度可以达到19.6%。氨硼烷水解产氢具有反应条件温和，产物无污染，无需使用到有机溶剂等优点已经成为当下氢能开发的一种关键方式。然而，目前氨硼烷水解主要存在反应能垒较大的问题，因此常规条件下其释氢速率极为缓慢，必须在适当催化剂催化作用下才能实现高效的放氢，因此开发一种高效的氨硼烷水解催化剂是该研究的关键。在众多金属催化剂中，贵金属Pd、Pt、Ru、Rh等显示高催化活性，但是贵金属催化剂的合成成本高，实现大规模应用还有一定难度。相比之下，Co、Ni、Fe、Cu等非贵金属催化剂合成方法简单，且成本较低，引起了研究人员的广泛兴趣。