[发明专利]一种用于硼氢化物催化水解制氢催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及制氢、储氢技术及材料，具体为一种用于硼氢化物催化水解制氢的担载型催化剂及其制备方法。

背景技术

氢被公认为是最理想的清洁能源载体，具有重量储能密度高、来源广泛、可循环利用和能量利用过程中无环境负面效应等显著优点。采用氢燃料驱动交通输运工具可实现“零排放”，被视为推进氢能应用进程中的标志性进展。但由于目前缺乏高效、安全的车载储氢技术，燃氢汽车的商业化进程受到严重制约。

储氢方法可分为物理和化学法两大类。前者包括：液氢、高压氢容器、吸附储存、玻璃微球储存等；后者包括：金属氢化物、配位金属氢化物、化学氢化物等。其中，化学氢化物(例：碱金属或碱土金属硼氢化物等)被公认为当前最具应用前景的制氢/储氢一体化技术。不同于金属氢化物等可逆储氢材料，化学氢化物将放氢与充氢两个技术环节分离开来，极大地降低了开发实用化储氢系统的技术难度。

硼氢化钠(NaBH₄)是最具代表性的化学氢化物。在引入催化剂情况下，硼氢化钠可在室温快速水解制得氢气，其反应如式(1)所示：

NaBH₄+4H₂O→NaBO₂+4H₂↑+300kJ    (1)

而NaBH₄的安全贮存可通过简单添加少量碱液稳定剂实现。NaBH₄水解制氢的优点在于：(1)高储氢效率，其理论重量储氢密度达10.8wt.％；(2)可通过控制催化剂引入实现按需产氢，反应速率可控；(3)可在室温甚至更低温度下制氢；(4)制得氢气只含有水蒸气，可直接供质子交换膜燃料电池使用；(5)安全无污染，NaBH₄碱性原料液在空气下稳定，可采用常规塑料容器储运。其水解制氢副产物偏硼酸钠(NaBO₂)无毒，对环境无害。

NaBH₄水解系统的制氢性能在很大程度上取决于催化剂的催化效能。目前，用于NaBH₄催化水解制氢的催化剂多为粉体形式，如过渡金属或贵金属及其盐(Ni、Co、Ru、Rh、Pt等)、过渡金属硼化物(Ni-B和Co-B等)等。粉体催化剂具有粒径小和比表面积大等特点，但若在催化水解固液反应体系中直接应用会造成催化剂流失、催化水解反应难于控制及水解副产物难于回收等问题。开发高效的担载型催化剂因而构成水解制氢系统实用化进程中的技术关键。

发明内容

本发明的目的在于提供一种实用的硼氢化物水解制氢催化剂及其制备方法，解决粉体催化剂在催化水解固液反应体系中直接应用会造成催化剂流失、催化水解反应难于控制及水解副产物难于回收等问题。

本发明的技术方案是：

本发明提供了适用于硼氢化物催化水解制氢的高效催化剂，催化剂由活性组分和载体组成，活性组分的重量担载量为1～100％，优选范围为5～80％。催化剂的活性组分是一种或数种过渡金属、贵金属或稀土金属和类金属组成的二元、三元或多元合金，或者是贵金属单质或其组合，例如，Fe-P、Fe-B、Co-B、Co-P、Ni-B、Ni-P、Ru-B、Ru-P等二元合金，Ni-Co-B、Ni-Co-P、Fe-Co-B、Fe-Co-P、Ni-W-B、Ni-W-P、Co-W-B、Co-W-P、Co-Mo-B、Co-Mo-P、Co-La-B、Co-La-P、Ni-B-P、Co-B-P等三元合金，Ni-Co-B-P、Ni-Co-La-B-P等多元合金；或者，Ru、Pt、Rh等贵金属单质或其组合。活性组分是通过一种改进的化学镀技术沉积于载体上，其外观呈黑色，表面粗糙、多孔，孔径大小在1～10μm范围内。载体是金属或非金属，包括：金属氧化物、非金属氧化物、泡沫金属、金属网、金属片、离子交换树脂、分子筛或各种碳材料，载体优选泡沫金属、金属网、金属片或碳材料。

本发明的设计机理如下：