[发明专利]用于室温下肼分解制氢的镍基金属催化剂及其制备和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种肼分解制氢的催化剂，具体地说是在室温范围内用于纯肼或水合肼分解制备氢气的镍基金属催化剂及其制备方法。

背景技术

优化能源结构和开发利用高效、清洁转化技术是解决能源危机的重要途径。氢气一直是一种备受关注的二次能源载体，具有清洁、高效、应用形式多样化等诸多优点。而氢气来源是阻碍氢能发展的技术瓶颈之一，开发可移动氢源一直是重要的研究方向。目前主要的解决方法有两种，其一是开发储氢技术，例如采用高压氢气储罐、新型高容量储氢材料等；其二是利用化学反应制氢，例如烃类、醇类的部分氧化或者水蒸汽重整等。

肼的分子式为N₂H₄，是一种富氢高能液体物质，氢质量高达12.5wt％。水合肼N₂H₄·H₂O在室温下为液态，性质更加稳定，但仍具有高达7.9wt％的储氢量。此外，肼分解后不会产生CO，可以省略CO选择性脱除的过程。因此，肼也是一种理想的储氢材料。

肼可以通过两种途径进行分解：

完全分解N₂H₄→N₂(g)+2H₂(g)(1)；

部分分解3N₂H₄→4NH₃+N₂(g)(2)。

肼分解反应中，决定选择性的关键因素取决于N-N键还是N-H键优先断裂。从能量角度而言，N-N键能为60KJ/mol，N-H键能为84KJ/mol，反应过程中N-N键优先断裂，将有利于按照反应路径(2)进行，进而生成大量NH₃。但通过选择合适的催化剂，可以促使N-H键优先断裂，从而使反应按照途径反应(1)进行。这样不仅可以高效分解肼得到更多的氢气，同时产生的氮气也不需要进行回收处理，安全高效。

近年来，将肼作为储氢材料用于供氢的技术引起了科学家和企业的广泛关注。中国专利(公开号CN1348835A)报导了利用水合肼分解制取氢气，可以为燃料电池提供氢源或者作为金属加工中的氢源使用。钙钛矿型金属氧化物在大量KOH作为助剂的情况下也能够高选择性分解肼制取氢气(J.Song，et al.，International Journal of Hydrogen Energy，2010，35，7919)。最近，日本科学家也报道了贵金属以及合金纳米粒子在水合肼分解制氢反应中的应用(S.K.Singh，et al.，Journal of the American Chemical Society，2009，131，9894)。尽管复合氧化物以及纳米粒子催化剂上肼分解产氢的选择性较高，但受限于材料的性质其催化活性相对较低，产氢速度相对较慢。

负载型金属催化剂具有催化活性高，制备成本低，容易与产物分离、回收再生容易及制备简单等优点，在现代化学工业和科学研究中有着重要应用。负载型Ni基金属催化剂在气态肼分解制氢反应中表现出了很高的活性和选择性(M.Zheng，et al.，International Journal of Hydrogen Energy，2005，20，1081)。但肼分解反应是一个强放热过程，且反应的性能与催化剂中活性组分的组成以及粒子尺寸又密切相关。因此，需要开发一种稳定性好且具有高活性、高选择性的负载型金属催化剂，实现在室温条件下分解液态肼或水合肼制取氢气。

水滑石是一种层状阴离子粘土，以半径相近的二价、三价过渡金属阳离子部分或完全取代Mg²⁺，Al³⁺离子可合成多种水滑石类化合物。水滑石经过焙烧后，各种组分相互作用能够形成高比表面积、高稳定性、非化学计量比的复合氧化物，经过还原处理可以获得粒径较小且热稳定性较高的金属粒子。

发明内容：

本发明就是针对上述问题，提供了一种用于室温下肼分解制氢的镍基金属催化剂及其制备和应用。

为了实现本发明的上述目的，本发明采用如下技术方案：