[发明专利]一种低温制氢催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明属于低温制氢技术领域，具体涉及一种低温制氢催化剂及其制备方法和应用。该方法包括以下步骤：1)获取洁净的具有高电阻率的泡沫金属板；2)制备负载Mn和Co的泡沫金属板；3)在所述负载Mn和Co的泡沫金属板上原位生长纳米碳成分，得到待纯化催化剂材料，其中，Mn和Co分散在纳米碳成分的表面，纳米碳成分负载在泡沫金属板上；4)将所述的待纯化催化剂材料进行纯化，得到所述的低温制氢催化剂。泡沫金属板和纳米碳材料具有优异的导热和导电性能，在泡沫金属板两端通电发热，热量和电流同时作用于分散在纳米碳材料上的Mn‑Co活性位上，从而发生热‑电协同催化制氢反应。

技术领域

本发明属于低温制氢技术领域，具体涉及一种低温制氢催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

在碳达峰和碳中和的背景下，大力发展氢能是减低二氧化碳排放的重要途径。氢气作为二次能源，在自然界不存在，需要通过二次转化制备。通过催化重整反应将醇类(甲醇、乙醇)等有机物转化为氢气是制备绿色氢气的重要方法，是众多研究者关注的焦点。研究表明，在催化重整反应中主要面临两个问题：1.催化重整反应为强吸热反应，需要提供大量的外在热源；2.催化剂上容易生成积碳，特别是在600℃以上的反应温度，导致催化剂快速失活，降低氢气产量。为了保证制氢系统的经济性和稳定性，降低催化反应温度对抑制积碳生成和减小外在热源能耗两个方面上都有显著的效果。部分研究者开展了低温催化重整制氢的方法探究，主要以制备单原子催化剂、贵金属复合催化剂为主，虽然降低了催化温度，但催化温度仍然偏高；且贵金属催化剂制备成本高，限制了工业化应用。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明提供了一种低温制氢催化剂及其制备方法和应用。本发明提供的自生长纳米碳材料分散Mn-Co基复合金属催化剂，其具有热-电协同催化的双重强化作用，从而提升Mn-Co基催化剂的低温反应活性，实现了甲醇催化重整制氢反应温度降低至100～150℃区间内。

本发明所提供的技术方案如下：

一种低温制氢催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)获取洁净的具有高电阻率的泡沫金属板；

2)制备负载Mn和Co的泡沫金属板；

3)在所述负载Mn和Co的泡沫金属板上原位生长纳米碳成分，得到待纯化催化剂材料，其中，Mn和Co分散在纳米碳成分的表面，纳米碳成分负载在泡沫金属板上；

4)将所述的待纯化催化剂材料进行纯化，得到所述的低温制氢催化剂。

上述技术方案中，泡沫金属板和纳米碳材料具有优异的导热和导电性能，在泡沫金属板两端通电发热，热量和电流同时作用于分散在纳米碳材料上的Mn-Co活性位上，从而发生热-电协同催化制氢反应。

具体的，所述步骤2)包括以下步骤：

2a)将步骤1)得到的所述泡沫金属板在Mn盐和Co盐的混合液中进行浸渍；

2b)将浸渍后的材料进行疏孔；

2c)将疏孔后的材料依次进行干燥、煅烧和还原以进行活化，得到负载Mn和Co的泡沫金属板。

具体的：

步骤2a)中，Mn盐选自醋酸锰、硝酸锰或氯化亚锰中的任意一种；Co盐选自硝酸钴或氯化钴中的任意一种；Mn和Co的总的摩尔浓度为0.01～0.5mol/L；在超声波条件下进行浸渍，浸渍时间为1～2小时；

步骤2c)中，在空气条件下煅烧，煅烧温度为500℃～700℃，煅烧时间为1～3小时；在还原气气氛下还原，还原温度为500℃～700℃，还原时间为1～3小时。