[发明专利]一种中空碳材料负载Co-Cu-B纳米粒子的复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种中空碳材料负载Co‑Cu‑B纳米粒子的复合材料，通过一锅法制备聚吡咯材料，然后通过化学原位还原的方法将Co‑Cu‑B负载到中空碳材料上，得到Co‑Cu‑B纳米粒子中空碳材料，其比表面积为40‑50 m²g^‑1，孔径分布为3‑4 nm。其制备方法包括以下步骤：1、中空碳材料载体的制备；2、中空碳材料负载Co‑Cu‑B纳米粒子的制备。作为硼氢化钠水解催化剂的应用，在303 K条件下，最大放氢速率达到2759.96 mL•min^‑1g^‑1；放氢量为理论值的96%；活化能为E_a=23.95 kJ•mol^‑1；5次循环后，对硼氢化钠水解为初始催化活性的85.7%。本发明具有优良的催化性能和循环稳定性，在制氢材料、燃料电池等领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及催化化学技术领域，具体涉及一种中空碳材料负载Co-Cu-B纳米粒子的复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

氢能作为一种无毒、无污染的清洁能源，是解决化石能源等不可再生能源问题的重要途径。制氢方式中，硼氢化钠水解制氢具有以下优点：(1)储氢量高，NaBH₄的理论储氢质量分数为 10.8%；(2)安全性高，NaBH₄ 溶液是不可燃的，在碱性条件下可稳定存在数月，易运输；(3)硼氢化钠是放热反应，不需要能量输入就可产生 H₂；(4)氢气纯度高，反应产生的气流中较纯净，仅有 H₂ 和一些水蒸气；(5)可回收利用率高，副产物是硼酸盐［四羟基硼酸钠，NaB(OH)₄］， 是水溶性的，可以循环使用且对环境无害；(6)可控性强，可通过加入催化剂控制产氢速率，一旦溶液与催化剂分离，反应立刻停止。

提高硼氢化钠水解制氢的研究重点在于提高催化剂的催化性能和循环性能。较贵金属催化剂而言，非贵金属催化剂由于其成本优势，具备更加有利的应用前景。非贵金属催化剂主要是过渡金属Co、Ni、Fe、Cu、Mn等。其中，钴基催化剂具很强有的规律性，其d轨道中电子数目同样未充满，具有数量丰富的不饱和活性位点，金属价键理论认为，未被充满的轨道其电子排布方式以及共振所带来的稳定性之间存在联系，在非贵金属催化剂中具有较高的活性，因而成为催化剂的核心元素。但单一钴元素催化剂仍无法满足应用要求。

为了进一步提高催化性能，进行二元金属复合是重要方法。其中，以Co-Ni二元复合为代表，该方法虽然可以提高催化性能，但是，此类材料存在明显的问题——催化性能衰减迅速，即循环性能不满足要求。该问题产生的根本原因，在本领域的基本共识为：来自于Co-Ni二元复合材料自身结构和性质的稳定性。