一種Co-B/Ni-B非晶納米球復合合金催化劑的制備方法及其應用
【技術領域】
[0001]本發明涉及催化化學技術領域，尤其涉及一種Co-B/N1-B非晶納米球復合合金催化劑的制備方法及其在硼氫化物水解制氫中應用。
【背景技術】
[0002]隨著全球性常規能源資源的日益枯竭以及大量利用化石能源帶來的一系列環境問題，尋找可持續發展的能源道路，開發利用清潔、綠色新能源，無疑是人類的最終出路。氫能作為一種高效、潔凈的二次能源已受到世界各國的廣泛關注，而且作為一種基本的化工原料，已廣泛應用到現代工業眾多領域中。而安全、高效的儲氫技術對利用氫能起著決定性的作用。目前的儲氫方法，其中金屬氫化物儲氫因其具有高效的儲氫效率；反應條件簡單，易控制；操作安全等特點，成為國內外儲氫領域研究的熱點。在眾多的化學氫化物儲氫材料中，硼氫化物水解制氫近年來受到廣泛關注，其可以在室溫條件下實現高純度氫的可控釋放，不會對環境造成污染。硼氫化物在水溶液中很穩定，沒有催化劑時幾乎不釋放氫氣，因此可以實現燃料液于室溫條件下的安全貯存；而加入催化劑則可顯著加速水解反應。因此，可以通過控制催化劑與燃料液的接觸與分離實現即時按需制氫。圍繞催化水解可控制氫技術，各國的科研工作者開展了大量研究但硼氫化物的水解受到催化劑的制約，開發價格低廉的非貴金屬催化劑成為硼氫化物水解的關鍵。因此新型Co-B/N1-B非晶納米球復合合金催化劑的發明對高效利用氫能有很重要的意義。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是要提供一種Co-B/N1-B非晶納米球復合合金催化劑的制備方法及其在硼氫化物水解制氫中的應用。
[0004]本發明采用如下技術方案:
[0005]本發明的Co-B/N1-B非晶納米球復合合金催化劑的制備方法的具體步驟如下:
[0006](I)將硫酸鎳、檸檬酸鈉加入到水溶液中，攪拌均勻，硫酸鎳與檸檬酸鈉的重量比為0.25?5: 0.05?2，硫酸鎳與水溶液的重量體積比為0.25?5: 50?150g/ml ；
[0007](2)將步驟(I)得到的水溶液置于超聲清洗儀中進行超聲分散；
[0008](3)稱取NaBH4,然后加入到水中，得到NaBHyK溶液，NaBH 4與硫酸鎳的重量比是0.1?1:0.25?5，NaBH4與水的重量體積比是0.1?1:5?15g/ml ；
[0009](4)將步驟(3)的NaBHyK溶液緩慢滴加到步驟⑵的水溶液中；
[0010](5)稱取氯化鈷，加入水中溶解，得到氯化鈷水溶液，氯化鈷與硫酸鎳的重量比是0.5?5:0.25?5，氯化鈷與水溶液的重量體積比為0.5?5: 10?100g/ml ；
[0011](6)將步驟(5)的氯化鈷水溶液加入步驟(4)的溶液中，繼續超聲；
[0012](7)稱取NaBH4，然后加入到水中，得到NaBHyK溶液，NaBH 4與氯化鈷的重量比是0.1?1:0.5?5，NaBH4與水的重量體積比是0.1?1:5?20g/ml ；
[0013](8)將步驟(7)的NaBH4溶液緩慢滴加到步驟(6)的水溶液中；
[0014](9)滴加完成后，再讓溶液反應I小時，過濾、洗滌、干燥，得到Co-B/N1-B納米球復合合金催化劑。
[0015]步驟(I)中，優選硫酸鎳與檸檬酸鈉的重量比為5: 1.5，硫酸鎳與水溶液的重量體積比為2.5:100g/mlo
[0016]步驟(2)中，將步驟(I)得到的水溶液置于超聲清洗儀中進行超聲分散lh。
[0017]步驟(3)中，優選NaBH4與硫酸鎳的重量比是2:5，NaBH 4與水的重量體積比是0.2:10g/ml。
[0018]步驟(5)中，優選氯化鈷與硫酸鎳的重量比是1.5:5，氯化鈷與水溶液的重量體積比為 1.5: 20g/mlo
[0019]步驟(7)中，優選NaBH4與氯化鈷的重量比是0.5:1.5，NaBH4與水的重量體積比是0.25:10g/ml。
[0020]本發明的方法制備的Co-B/N1-B非晶納米球復合合金催化劑可以用于硼氫化物水解制氫。
[0021]所述應用的具體方法如下:
[0022]A)每稱取0.05g所制備的Co-B/N1-B非晶納米球復合合金催化劑，對應分散在濃度為0.03mol/L硼氫化物的水溶液1mL中，密封，通過恒溫水浴控制溶液的溫度30°C ；
[0023]B)將產生的氫氣通過排水法收集，記錄單位時間內產生的氫氣的體積，得到放氫的速率。
[0024]本發明通過Co-B/N1-B納米球復合合金催化劑催化硼氫化物的水解；使其可以在常溫常壓下實現催化水解，水解放氫的速率可達3L/(min.g)，比在普通的Co-N1-B粉末提高了 6倍。
[0025]本發明的工作原理是:
[0026]金屬離子在硼氫化物還原劑的作用下，被還原出來，同時加入檸檬酸鈉絡合劑控制反應條件，阻礙金屬離子團聚，通過二次還原的方式，可以得到Co-B/N1-B納米球合金，其具體的反應原理如下:本發明采用硼氫化鈉作為還原劑，將N1、B首先從溶液中還原出來，然后將Co、B從溶液中還原出來。
[0027]所制備的納米球合金材料同時又可以作為硼氫化物的水解的催化劑。由于制備的納米球狀結構，增加了催化劑硼氫化物有效接觸面積，減少了水解后的副產物在催化劑上附著的幾率，進一步提高了復合材料的催化活性。
[0028]本發明的積極效果如下:
[0029]1.合成了小于50納米的球狀的Co-B/N1-B高效催化劑:本發明是在超聲分散的同時，采用還原劑(硼氫化鈉)通過二次還原合成Co-B/N1-B納米球合金，同時采用檸檬酸鈉作為絡合劑，有效控制了納米的大小，提高了催化效率，降低了成本；
[0030]2.應用效果好:所合成的Co-B/N1-B納米球復合合金催化劑，比非納米球狀的催化劑的催化活性近6倍，提高了催化效率；
[0031]3.制備工藝簡單，產品性能穩定:所制備的催化劑制備簡單，適合大批量的制備，而且后處理工藝簡單；
[0032]4.使用方便:將催化劑與反應液直接混合即可，而且操作簡便，重現性好。
【附圖說明】
[0033]圖1為本發明實施例1制備的Co-B/N1-B非晶納米球復合合金催化劑的掃描電鏡圖；
[0034]圖2為本發明實施例1制備的Co-B/N1-B非晶納米球復合合金催化劑與普通Co-B, N1-B粉末對硼氫化物的水解催化的對比圖。
[0035]從圖1中可以看出，所制備的Co-B/N1-B非晶納米球大小為30_80nm，納米球均勻分布，之間有空隙，有利于反應物的擴散。從圖2可以看出，采用普通方法制備的Co-B/N1-B非晶合金，其水解反應速率明顯低于本發明制備的Co-B/N1-B非晶納米球，水解速度提高了 2倍多。
【具體實施方式】
[0036]下面的實施例是對本發明的進一步詳細描述。
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