[发明专利]一种用于水合肼分解产氢的复合纳米催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种用于水合肼分解产氢的复合纳米催化剂及其制备方法和应用，所述复合纳米催化剂由金属Ni、掺杂剂La(OH)₃以及富含缺陷的Ti基MOF载体D‑MIL‑125组成，其化学式为Ni‑La(OH)₃/D‑MIL‑125，Ni‑La(OH)₃纳米颗粒均匀的分散在表面粗糙的D‑MIL‑125载体上。本发明制备的纳米复合催化剂具有粒径小、催化活性位点多等特点，能高效催化水合肼分解产氢，选择性为100％，TOF值在343K下高达870h^‑1，成本低廉，并且具很高的催化活性和稳定性，是一种很有发展前景的催化剂。

技术领域

本发明属于储氢材料技术领域，更具体的说是涉及一种用于水合肼分解产氢的复合纳米催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

氢能被认为是在未来有潜力取代化石能源的新型能源之一。然而，高效的储存和运输氢气是实现氢经济社会的技术关键。化学储氢材料由于具有高含氢量和温和的脱氢温度受到了广泛关注。在所有的化学储氢材料中，水合肼由于具有相对较高的含氢量，室温下稳定以及完全分解的产物只有H₂和N₂等优势而备受关注。更值得一提的是，由于具有液态的物理特性，水合肼能够在已有的设备上直接使用。

水合肼(N₂H₄·H₂O)，物理化学性质稳定，易于储存运输，其储氢含量为8.0wt％，远超美国能源部制定的2017年储氢材料的要求指标(5.5wt％)，被认为是一种具有应用潜力的化学储氢材料。水合肼的分解在合适催化剂的促进下，在温和的条件下就能进行。理论上，1摩尔水合肼分解可以产生2摩尔的氢气和1摩尔的氮气(反应1)。但是，肼的分解比较困难，且会有副反应的发生(反应2)。因此，催化水合肼完全产氢的关键在于制备出高活性、高氢气选择性的催化剂。

N₂H₄(l)→N₂(g)+2H₂(g)(1)

3N₂H₄(l)→4NH₃(g)+N₂(g)(2)

目前报道的催化剂主要为贵金属基催化剂，它们在水合肼的分解产氢反应中表现出了优异的选择性和催化活性(J.Mater.Chem.A,2019,7,9903；Small Methods,2020,4,1900707)。由于贵金属催化剂价格昂贵、资源稀缺，严重阻碍了水合肼作为作为储氢材料运用于实际工业生产。因此，众多的研究者将目光转向了非贵金属催化剂，目前已经取得了一定的进展(J.Am.Chem.Soc,2011,133,19638；Angew.Chem.Int.Ed,2012,124,6295)。然而，这些非贵金属催化剂的性能却始终不尽人意，远远达不到工业生产的要求。因此，发展高选择性、高效且高稳定性的无贵金属催化剂是十分迫切且有重大意义的。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种用于水合肼分解产氢的复合纳米催化剂，旨在提高非贵金属催化剂存在的催化活性低、易团聚的问题，以满足供实际生产使用需要。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于水合肼分解产氢的复合纳米催化剂，所述复合纳米催化剂化学式为Ni-La(OH)₃/D-MIL-125，Ni-La(OH)₃纳米颗粒均匀的分散在富含缺陷的Ti基MOF载体D-MIL-125上。

优选的，所述复合纳米催化剂中Ni的含量为11.1％-46.0wt％，La(OH)₃的含量为3.6％-14.9wt％。

优选的，所述Ni-La(OH)₃纳米颗粒平均粒径为1.8±0.4nm。