[发明专利]一种氨硼烷与金属催化剂复合储氢材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及粉体材料催化剂的制备领域以及固体材料的化学储氢领域，尤其涉及氨硼烷化合物热分解放氢的催化研究。

背景技术

随着化石能源的日益枯竭，寻找其他高效环保的可替代能源已经成为了目前社会的当务之急。氢气由于储存量丰富、环境友好等优点，具有很好的应用前景。迄今，阻碍“氢能经济”发展的关键因素是氢气的储存，因此选择合适的储氢材料就成为了人们研究的重点。氨硼烷(NH₃BH₃)由于储氢量大(19.6wt％)等优点，近年来吸引了世界各国科学家们的目光，得到了广泛的研究，是一种具有光明应用前景的固体化学储氢材料。

氨硼烷主要通过两种途径放氢：水解反应和热分解反应。由于在水解放氢的过程中，需要向体系中加入大量的水或其他溶剂，大大降低了整个体系的储氢容量，不利于在工业上的应用。因此，氨硼烷的热分解反应得到了广泛关注。然而，仍然有很多不利的因素阻碍了氨硼烷热分解放氢在车载储氢领域里的应用。主要包括：(1)放氢温度较高；(2)在温度低于100℃时，放氢动力学比较慢；(3)有其他挥发性的副产物产生；(4)放氢过程中会伴随着发泡和体积膨胀现象；(5)循环过程比较困难。

为了克服这些不利因素，研究者们投入了大量的精力来提高氨硼烷在固态和液态下的储氢性质。例如使用金属催化剂、纳米骨架结构担载以及加入离子液体等方法，来改善氨硼烷的储氢性能。其中，通过加入金属催化剂来提高氨硼烷储氢性能的研究最为广泛。研究表明，许多的过渡金属(如Pd，Ir，Ti等)化合物对氨硼烷的热分解具有明显的催化作用。此外，通过将氨硼烷与纳米骨架结构混合，从而使氨硼烷限域在某些纳米骨架结构的孔道中，也可以显著改善氨硼烷的放氢性质。然而，这些方法虽然可以在某些程度上提高氨硼烷的储氢性能，却都不可避免的具有一些缺点。例如，对于研究较多的使用金属催化剂来提高氨硼烷储氢性能的方法来说，基本上都是使氨硼烷与含有金属离子的复杂化合物在无水有机溶剂中混合，然后通过复杂的还原反应，将高价态的金属离子还原成具有催化作用的金属原子，然后再加热挥发掉溶剂，使催化剂与氨硼烷混合均匀。见(1)J Chem Soc PerkinTrans 2 1989，12，1963-1972；(2)Chem Commun 2001，11，962-963等。这种催化剂的制备方法操作起来比较麻烦，而且只适用于某些在溶液中具有比较稳定的离子形式的金属元素。另外，溶液中金属离子被还原成零价金属原子的量也不容易控制。

因此，要使氨硼烷作为理想的储氢材料在工业上得以实际应用，寻找一种简单高效的制备氨硼烷热分解催化剂的方法是十分必要的。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备粉体催化剂的方法，并将这种方法制备出的催化剂用于氨硼烷热分解放氢体系，形成氨硼烷与金属催化剂的复合储氢材料，以改善氨硼烷的储氢性能。

本发明制备氨硼烷与金属催化剂复合储氢材料的方法包括如下步骤：

(1)以介孔材料为基底，以对氨硼烷的热分解具有催化作用的金属为靶材，通过磁控溅射的方法制备介孔材料上担载金属颗粒的催化剂粉末；

(2)将步骤(1)制得的催化剂粉末与氨硼烷在无水有机溶剂中混合均匀，然后挥发掉溶剂，得到氨硼烷与金属催化剂的复合储氢材料。

上述步骤(1)在介孔材料上担载金属催化剂，作为基底的介孔材料可以选择MCM-48，MCM-41，SBA-15，γ-Al₂O₃，HZSM-5和介孔碳等。基底在使用前需要先干燥除水，例如可以选择在100-150℃温度(优选为120℃)下放置2小时以上。然后将基底放入磁控溅射仪的腔室内抽真空，真空度以低于1×10^-3Pa为宜，优选为2×10^-4Pa。通常，溅射过程在氩气的气氛下进行，氩气的流量可以是20-90sccm，优选为76sccm，溅射功率为30-60W，优选为50W。基底的转速以15转/分为宜。磁控溅射后得到介孔材料上担载金属颗粒的催化剂粉末，其中金属原子的质量百分比含量通常为1％～10％。金属原子的含量可以通过改变磁控溅射的参数(如溅射功率和溅射时间等)来准确控制。