[发明专利]一种金属有机骨架负载氧化钼修饰镍铁纳米催化剂的制备方法及应用

说明书

本发明为一种金属有机骨架负载氧化钼修饰镍铁纳米催化剂的制备方法及应用。该方法选择Ni‑MOF作为载体，并加入钼酸钠，采用简单的共还原法，通过超声和搅拌，首先将金属有机骨架材料均匀地分散在水溶液中，然后再加入金属盐溶液，待得硼氢化钠还原之后，即可得到金属有机骨架负载氧化钼修饰镍铁纳米催化剂。本发明得到的催化剂在肼硼烷的分解反应中具有高的催化活性和循环稳定性，且具备制备成本低、合成过程简单、操作简便、合成周期短、催化活性及循环稳定性高等优点。

技术领域

本发明涉及催化剂制备以及生态环境和能源的绿色、可持续发展领域，特别是一种金属有机骨架负载氧化钼修饰镍铁纳米催化剂的制备方法及应用。

背景技术

氢能作为一种绿色能源，它具有来源广泛、能量密度高、清洁无污染等特点，被认为是传统化石能源的优良替代品。然而，氢能的实际应用面临着巨大的挑战，主要在于氢气分子小和质量轻，在运输过程中体积密度低，容易发生泄露，从而存在着极大的安全隐患，并且经济成本也居高不下。由此可见，氢气安全、经济的储存和运输是实现氢经济的共性难题，而储氢技术则是氢能应用的关键技术。肼硼烷在常温常压下为安全稳定的固体粉末，易于储存和运输，其在适当的催化剂作用下能够完全分解为氢气和氮气。因此，肼硼烷被认为是具有发展前景的储氢材料之一。

肼硼烷(N₂H₄BH₃，HB)的氢含量高达15.4wt％，通过水解反应，1mol肼硼烷理论上能够产生5当量的氢气，是一种非常有前途的储氢材料，并且肼硼烷还具有成本低、制备过程简单、产物纯度高等优点，成为近几年的研究热点。肼硼烷的产氢主要分为两步，首先是活化能较低的硼烷基的水解(N₂H₄BH₃(s)+3H₂O(l)→N₂H₄(l)+H₃BO₃(l)+3H₂(g)，Ea＝17.6kJ/mol)，这一过程可以在很短的时间内完成，且没有杂质气体的生成；其次是活化能较高的肼基的分解(N₂H₄(l)→N₂(g)+2H₂(g)，Ea＝56.4kJ/mol)，此过程分解动力学相对较低，反应速率缓慢，成为制约肼硼烷分解速率的主要因素。此外，肼基分解伴有副反应的发生(3N₂H₄(l)→4NH₃(g)+N₂(g))，生成氨气(NH₃)。为了最大化开发肼硼烷的储氢效益并防止NH₃对燃料电池的毒化作用，肼基分解的副反应必须完全避免。金属镍Ni对肼硼烷的分解具有独特的催化活性，同时Ni的储量丰富，容易获得，价格低廉等优点，被广泛应用于肼硼烷的制氢反应中。单金属Ni的催化活性和选择性都相对较低，为了提高催化剂的催化活性和选择性，选择性地加入一些掺杂元素对Ni的电子结构进行调控，从而提高催化剂的活性。纳米催化剂由于其尺寸小，表面能高，在制备过程中容易发生团聚，造成金属活性位点减少，从而使催化剂的催化活性降低。因此，为了克服上述缺点，开发一种制备方法简单高效，成本低，颗粒尺寸小，分散性良好的催化剂是分解肼硼烷制氢的关键步骤。

发明内容

本发明主要是针对肼硼烷的分解反应中，现有存在的催化剂制备成本高、纳米粒子分散不均、催化剂活性不高以及反应条件苛刻等缺点，提供一种金属有机骨架负载氧化钼修饰镍铁纳米催化剂的制备方法及应用。该方法选择Ni-MOF作为载体，并加入钼酸钠，采用简单的共还原法，通过超声和搅拌，首先将金属有机骨架材料均匀地分散在水溶液中，然后再加入金属盐溶液，待得硼氢化钠还原之后，即可得到金属有机骨架负载氧化钼修饰镍铁纳米催化剂。本发明得到的催化剂在肼硼烷的分解反应中具有高的催化活性和循环稳定性，且具备制备成本低、合成过程简单、操作简便、合成周期短、催化活性及循环稳定性高等优点。

为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：