[发明专利]一种硼氢化钠醇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物醇解制氢催化剂及其制备方法，更具体地涉及高效催化硼氢化钠低温醇解制氢的Ru/Co/CNT/La₂O₃催化剂。 

背景技术

质子交换膜燃料电池是一种将储存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置，具有工作温度低、启动快、能量转化效率高等特点，在固定电站、电动车、军用特种电源、可移动电源等领域有广阔的应用前景。但要实现燃料电池的大规模商业化应用仍有许多问题亟待解决，其中安全、高效的储氢和供氢系统对整个电池系统的比功率和实用化起着决定性作用。 

近年来，硼氢化物特别是硼氢化钠(NaBH₄)作为新型储氢材料受到广泛关注。与烃类及醇类的高温重整制氢反应相比，NaBH₄水解反应不需要额外提供能量来引发反应，在常温下就可以产生氢气；同时反应放出的热量可以维持反应在自热条件下以较快的反应速度进行。此外，所制备的氢气中不含CO及其它杂质，氢气中所含的水分还可以起到给燃料电池质子交换膜增湿的作用。 

硼氢化钠水解反应式如下： 

NaBH₄+2H₂O→NaBO₂+4H₂

即理论上1mol硼氢化钠与2mol水反应生成4mol氢气和1mol副产物偏硼酸钠。如果不考虑反应器的重量，按照此反应体系计算的重量储氢密度为10.8wt％。然而，硼氢化钠水解副产物偏硼酸钠一般是以水合物的形式稳定存在的。因此，在实际应用中必须采用过量的水， 此时水解反应式如下： 

NaBH₄+(2+x)H₂O→NaBO₂·xH₂O+4H₂

在x＝2和4的情况下，对应体系的重量储氢密度分别由10.8wt％降到7.3wt％和5.5wt％。 

就硼氢化钠水解制氢的商业化而言，一般需采用连续反应器，这就要求原料硼氢化钠和副产物偏硼酸钠完全溶于水中。此外，偏硼酸钠的溶解度为28g/100g水。因此，在25℃下，硼氢化钠在水溶液中的浓度只有低于28g/100g水时才能保证偏硼酸钠处于溶液状态。这时体系的重量储氢密度只有2.9wt％。即实际应用中硼氢化钠水解体系的储氢密度非常低。 

硼氢化钠水解制氢的另一个明显不足是其只能在常温下进行，在低温寒冷条件下很难进行。 

硼氢化钠与甲醇可通过如下反应生成氢气： 

NaBH₄+4CH₃OH→NaB(OCH₃)₄+4H₂

虽然上述醇解反应体系的重量储氢密度只有4.9wt％，但由于该反应可以在较低的环境温度下(甲醇冰点为-97℃)进行，在某些特殊领域仍有潜在应用价值。 

发明内容

本发明针对低温环境下硼氢化钠水解制氢的不足，目的是提供一种硼氢化钠醇解制氢催化剂及其制备方法，用于高效催化硼氢化钠低温醇解反应。 

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案： 

将装有150mg LaCoO₃的石英舟放入水平管式反应器的恒温区，在N₂保护下缓慢升温到750℃后通入20％CH₄/N₂，反应1.0～3.0小时后停止通CH₄，在N₂保护下降温。反应结束后得到碳纳米管/钴/氧化镧复合材料(Co/CNT/La₂O₃)。 

将氯钌酸钾溶解在乙二醇中配成溶液，氯钌酸钾的浓度为0.0025～0.025mol/L。 

在氯钌酸钾的乙二醇溶液加入Co/CNT/La₂O₃，超声震荡0.5～3.0小时使碳纳米管在溶液中充分分散形成均匀的混合物。 

将上述混合物置于微波加热炉中，在120℃下加热2～8分钟；然后自然冷却，经过离心分离、洗涤、真空干燥得到Ru/Co/CNT/La₂O₃催化材料。 

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：