[发明专利]磷化钼在碱性甲醛溶液中催化制氢的应用

说明书

磷化钼在碱性甲醛溶液中催化制氢的应用。其催化反应条件是：在室温及加热条件下进行，甲醛水溶液中氢氧化钠浓度在0.01~10 mol·L^‑1之间，甲醛溶液浓度在0.1~3 mol·L^‑1之间，100 mL甲醛溶液中磷化钼催化剂用量在5~30 mg之间。本发明在惰性气体气氛下制备的氢气可直接用于燃料电池，不必分离氧气。在室温下和加热条件下就可以有效地催化碱性甲醛溶液制氢，为燃料电池提供氢源。在室温下，本发明所述的磷化钼催化碱性甲醛溶液制氢速率达到了150 mL·min^‑1·g^‑1，是贵金属Pd催化甲醛制氢的2倍，是金属Cu催化甲醛制氢的7倍。在加热条件下，磷化钼催化甲醛制氢速率可以成倍地增加。

技术领域

本发明属于化学应用技术领域，涉及磷化钼的新用途。

背景技术

人类社会的进步与工业的迅速发展使得能源消耗剧增和环境污染加剧。因此，人们一直在寻求新的可持续、清洁的能源。而氢能以其清洁环保的特点受到人们的追捧。经济、安全、环境友好的制氢和储氢是亟待解决的关键技术。氢燃料电池能量转化率高达60%~80%，是利用氢能最理想的方式。燃料电池对氢气的纯度要求很高，不能含CO，否则会使Pt电极中毒。

甲醛是低成本的化学品，能够大规模工业制备。甲醛在氢氧化钠水溶液中可以产生少量的氢气。在催化剂存在下，甲醛在碱性溶液中，能够高效产氢。这种方法产生的氢气很纯净，不含CO和CO₂，特别适合氢燃料电池的储氢。Hu等人制备出了钯纳米管，在室温下催化碱性甲醛溶液制氢，在25℃下，反应1 h后产氢量高达80 mL；Li等人发现银纳米颗粒也能够在室温下催化碱性甲醛溶液制氢，在25℃和纯氧条件下，1 h产氢量达到了20 mL，是氮气氛围下的10倍。甲醛产氢反应装置简单，但是目前使用的贵金属催化剂价格昂贵，资源有限。利用非贵金属及化合物价格较低，具有很好的实际应用前景。

磷在地壳含量丰富，列前10位。钼虽然在地壳中的含量不是很高，但它容易成矿，所以它开采和制备成本低于贵金属。用磷化钼替代贵金属作为催化剂分解甲醛制氢具有成本优势和资源优势。以往报导的文献中，磷化钼主要用于油品的加氢脱硫处理，或者作为助催化剂用于电解水制氢和光催化制氢。

发明内容

本发明的目的是提供磷化钼的一种新用途，即磷化钼在碱性甲醛溶液中催化制氢的新用途。

本发明是通过以下技术方案实现的。

本发明所述的磷化钼的化学组成为MoP。

本发明所述的磷化钼在碱性甲醛溶液中催化制氢的应用，是在惰性气体-氮气或氩气氛围下和碱性溶液中，磷化钼催化分解甲醛制氢。

所述的催化反应可在室温及加热条件下进行，优化的反应温度大于45℃。甲醛水溶液中氢氧化钠浓度在0.01~10 mol·L^-1之间，优化的浓度在1~4 mol·L^-1之间。甲醛溶液浓度在0.1~3 mol·L^-1之间，优化的浓度在1~3 mol·L^-1之间。100 mL甲醛溶液中磷化钼催化剂用量在5~30 mg之间，优化的用量在20~30 mg。

本发明提供了一种磷化钼在惰性气体氛围下甲醛溶液中制氢的新用途。在惰性气体气氛下制备的氢气可直接用于燃料电池，不必分离氧气。在室温下和加热条件下就可以有效地催化碱性甲醛溶液制氢，为燃料电池提供氢源。在室温下，本发明所述的磷化钼催化碱性甲醛溶液制氢速率达到了150 mL·min^-1·g^-1，是贵金属Pd催化甲醛制氢的2倍，是金属Cu催化甲醛制氢的7倍。在加热条件下，磷化钼催化甲醛制氢速率可以成倍地增加。

附图说明