[发明专利]一种硼氢化钠溶液水解制氢催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种硼氢化钠溶液水解制氢催化剂及其制备方法，属于氢能及燃料电池技术领域。

背景技术

氢能源，作为清洁能源的一种，一直受到广泛关注。氢气的储存方式有：以分子形式储存在压力容器中，液化氢气罐储氢，碳材料储氢，以及金属氢化物(MH)储氢，金属铝氢化物和金属硼氢化物储氢等。NaBH₄在常温下稳定，无太大毒性，储存方法简单，NaBH₄水解制氢被认为是一种安全、方便、实用性强的技术，其主要优点为理论储氢率高、氢气纯度高、反应启动快、易控制和安全。

在催化剂存在下，硼氢化钠在碱性水溶液中可水解产生氢气和偏硼酸钠，反应如下：

NaBH₄+2H₂O→4H₂↑+NaBO₂

25℃标准状态下，该反应过程的焓变为-217kJ，是放热反应。

如果没有催化剂，上述反应也能进行，其反应速度与溶液的pH值和温度有关，经验公式如下：

lg t_1/2＝pH-(0.034T-1.92)

式中t_1/2是NaBH₄半衰期(单位为分钟)，T是绝对温度。当pH值为8时，即使在常温下，NaBH₄溶液也会很快水解。因此，为了使NaBH₄制氢能够得到实际应用，必须将其保持在强碱性溶液中。在25℃和pH值为14的情况下，硼氢化钠溶液的半衰期为430天，可满足实际应用要求。利用硼氢化钠的碱性溶液来生产氢气必须有足够快的反应速度。研究发现，使用催化剂或酸以及升高体系温度都可以加速硼氢化钠的水解反应速度。使用不同的催化剂时，氢气的生成速度不同，各种金属催化剂对NaBH₄水解速度的影响也不同。

由NaBH₄制氢催化剂主要采用阴离子交换树脂担载钌(Ru)、铂(Pt)等贵金属做催化剂，由于离子交换树脂较脆，催化剂容易脱落，不易长时间，同时也无法多次循环使用，因此无法满足生产实际要求。泡沫镍具有多孔性，力学性能比离子交换树脂高。实验室制备的硼氢化钠制氢催化剂性能较好，但是在催化剂使用寿命和性能稳定性方面鲜有报道。因此，研究和开发一种高产氢速率、催化性能稳定、寿命长的催化剂和制备方法成为该技术领域亟待解决的技术难题。

本发明目的之一在于提供一种高制氢率、性能稳定、寿命长的硼氢化钠水解制氢催化剂。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

一种硼氢化钠水解制氢的催化剂，在多孔泡沫镍表面上负载金属钌。

其中，泡沫镍面密度为400g/m²，镀液中三氯化钌的浓度为0.01-0.05mol/L，优选为0.02-0.03mol/L。

通过电镀法将钌负载与泡沫镍的表面。

本发明的另一目的是提供上述泡沫镍载钌催化剂的制备方法。

一种硼氢化钠水解制氢催化剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)泡沫镍预处理

将面密度400g/m²的泡沫镍浸泡在无水乙醇中，于25℃下超声波机械振荡1小时以上，充分清洗其表面油污。

将乙醇浸泡后的泡沫镍用去离子水超声，然后浸在0.01mol/L的盐酸常温下磁子搅拌0.5小时除去无机杂质。

用去离子水超声振荡清洗干净以除其表面的氧化物。

室温下通风放置12小时进行干燥，称重，放入封装袋内备用。

(2)电镀钌

将泡沫镍浸渍于RuCl₃与氨基磺酸氨质量分数比在1∶10-1∶50混合溶液中，温度50-80℃电流密度300-2000mA/cm²条件下进行电镀。待镀液呈澄清浅绿色，更换溶液再次电镀。最后当颜色不再变化时，将泡沫镍取出，去离子水冲洗干净后，常温晾干。

本发明的有益效果：

本发明的泡沫镍载钌催化剂的产氢率较高、分布致密、性能稳定。

下面通过附图和具体实施例对本发明做进一步说明，但并不意味着对本发明保护范围的限制。

附图说明

如图1所示，为本发明中催化剂镀钌前的泡沫镍载体的SEM照片。

图2是催化剂电镀钌之后的泡沫镍载钌SEM照片。从中可以看出，钌均匀分布在泡沫镍表面且结合致密。