[发明专利]一种用于硼氢化钠水解制氢的Ru/C催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明属便携式制氢技术领域，具体涉及一种高效、长寿命硼氢化钠水解制氢Ru/C催化剂的制备方法。

背景技术

氢气作为能源以其高效、环保等特点受到关注，而寻找合适的储氢方法是有效利用氢能的关键。目前，人们研究的储氢方式主要有物理法和化学法两种。

物理法主要有：高压钢瓶储存供给法、低温液化氢法、玻璃微球储存、活性炭吸附储存和过渡金属氢化物吸附储存等。相对于物理法储氢，化学法是一种不可逆的储氢方式。目前主要的化学储氢方式有：碱金属氢化物和硼氢化物储存、有机液态氢化物储存等。

其中硼氢化物作为储氢材料一直备受关注，相比较其他的储氢方式，它能在常温常压下储氢，更安全方便。其中硼氢化钠因其稳定，无毒，以及高储氢量等特性成为储氢的首选材料。NaBH₄水解制氢技术基于以下的化学反应：

                NaBH₄+2H₂O→NaBO₂+4H₂↑

在没有催化剂存在的情况下，该水解反应进行得很缓慢。当加入适当的催化剂后，该反应能被大大加速。

研究发现多种催化剂可用于催化水解硼氢化钠，如有Pt基催化剂，Ru基催化剂，Co基催化剂，Pd基催化剂以及Ni基催化剂等等。而其中的Ru基催化剂被认为对硼氢化钠水解产氢具有最快的反应活性。

至今为止，对硼氢化钠水解制氢催化剂的研究主要集中于间歇性的反应性能，而催化剂在长时间反应过程中稳定性以及失活原理鲜有研究。这主要受限于载体的强度以及催化剂制备方法所存在的缺陷，以至于催化剂在长时间反应中出现活性金属的脱落、烧结以及载体的粉碎，因而催化剂的活性寿命很短，不能满足实际应用。因此，寻找适当的催化剂载体以及不断改进制备方法以使催化剂具有更长的活性寿命是研究的主要方向。

发明内容

现有的硼氢化钠水解催化剂也能高效的催化产氢，但大多催化剂的寿命很短，长时间的作用会使得催化剂活性组分从载体上脱落、烧结甚至催化剂载体粉碎，离实际应用还有较大的距离。针对现有技术的缺陷，本发明旨在制备一种寿命长、活性高的硼氢化钠水解制氢Ru/C催化剂。本发明以多孔碳材料作为载体，利用浸渍还原法制备Ru/C催化剂。主要通过控制选择多孔碳材料的特性，在钌盐浸渍液中添加合适的助剂，选择合适的还原剂以及还原pH值，制备了金属粒子尺度小且分散均匀的负载型Ru/C催化剂，

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种用于硼氢化钠水解制氢的Ru/C催化剂的制备方法，其步骤如下：

1).将金属钌盐与浓度为0.10～2.00mol/L的助剂混合，配制金属钌盐的酸性溶液，酸性溶液中钌盐浓度为0.05～1.00mol/L，溶液pH＝2～4；

其中：助剂可选用有机酸、有机酸缓冲液或无机酸中的一种；

2)、将多孔碳材料与步骤1)所述钌盐的酸性溶液混合，等体积充分浸渍24h；

其中：多孔碳材料的BET比表面积大于300平方米/克，成型后的压碎强度大于20牛顿；

3).弃去浸渍液，用质量百分比为1％～5％的NaOH溶液调节pH＝8～11；

4).将步骤3)得到的混合物溶液缓慢升温至60～100℃，并恒温，然后缓慢加入过量的浓度为0.05～1.00mol/L的还原剂，恒温反应温度为60～100℃，恒温反应时间为2～5h，反应完成后过滤；

其中：还原剂为选自NaBH₄、甲醛、多聚甲醛、乙二醇溶液中的一种；

5).将步骤4)得到的产物，用去离子水洗涤后真空干燥，制得用于硼氢化钠制氢的Ru/C催化剂。

上述技术方案中的钌盐优选为氯化钌、硝酸钌中的一种，助剂优选为醋酸、柠檬酸、苯甲酸、苹果酸、草酸、硫酸、硝酸、盐酸、磷酸、醋酸-醋酸钠缓冲溶液中的一种。

所述的真空干燥温度为60～100℃，干燥时间为1～5h。

所述的Ru/C催化剂中Ru金属的质量百分比为1～5％。

所述的多孔碳材料形状优选球形或圆柱形，成型后的压碎强度大于20牛顿。

有益效果