[发明专利]多孔碳负载纳米金属氧化物催化剂及其制备方法以及储氢材料

说明书

技术领域

本发明涉及储氢材料领域，具体涉及一种多孔碳负载纳米金属氧化物催化剂及其制备方法和在储氢材料中的应用。

背景技术

能源是人类赖以生存和发展的关键性要素之一，是国民经济和社会发展的重要物质基础。随着此类化石燃料的过度开发和利用，人类正面临着严峻的能源枯竭和环境恶化的双重危机。因此开发来源更广泛、清洁、高效的绿色新能源意义重大。其中，氢能作为一种新型清洁的二次能源，因其在物理化学性能方面的诸多优势而备受人们关注，而氢能技术的发展也必将带来能源结构的重大改变。从氢气的制取到具体的应用，氢气的存储和运输是必不可少的一环，因此研制合适的储氢材料或者储氢工艺以用于车载储氢装置是必须面对的问题。与高压容器储氢和液态氢储存比较，基于储氢材料的固态氢储存具有安全性好以及重量、体积储氢密度高等突出优点，被普遍认为是最具发展前景的氢储存方式。然而，传统的间隙式金属氢化物的储氢容量偏低(<3wt％)，难以满足实用化储氢系统的储氢密度要求。因此，新型高容量储氢材料的研究与开发是推动氢能实用化的关键。目前，储氢材料的研究重点主要集中于金属配位氢化物储氢材料。其中以NaAlH₄为代表的金属铝氢化合物基储氢材料以其较高的质量储氢容量和适中的热力学性能，被认为是最接近实用化的一类储氢材料之一。然而，纯NaAlH₄储氢材料的吸放氢动力学性能较差和可逆容量低一直是实用化过程中最急需解决的问题。目前，针对改善NaAlH₄储氢性能方面的研究，主要集中于NaAlH₄的纳米化及开发高效催化剂两个方面。

众所周知，降低材料的颗粒尺寸，可以获得优良的物理化学性能。因此，纳米尺度NaAIH₄的制备及储氢性能研究一直备受关注。目前最有效的NaAlH₄纳米化的方法是基于微孔/介孔模板的纳米限域法。但从实用角度而言，孔性介质的引入会导致有效重量储氢密度的明显降低。目前，针对纳米限域带来的容量降低问题，国内外的科研人员主要倾向于开发新型轻质孔性介质，即便如此也无法从根本上解决问题

相比纳米限域而言，添加催化剂同样能改善NaAlH₄的储氢性能，而且更有利于容量的保持。1996年，等人报道了NaAlH₄掺杂含Ti催化剂能够明显改善放氢速率，并且可实现可逆循环，此后NaAlH₄在储氢材料研究中备受关注。除了含Ti催化剂之外，人们陆续发现Zr-、Ce-、Nb-、V-和碳类催化剂对NaAlH₄的脱/加氢动力学性能也有一定的改善作用，但现有NaAlH₄储氢体系的性能仍然不能满足实用化的需要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多孔碳负载纳米金属氧化物的催化剂通过添加该催化剂可使储氢材料的放氢起始温度明显降低，放氢速率加快，提高吸放氢可逆性。

为实现上述目的，本发明一种多孔碳负载纳米金属氧化物的催化剂的制备方法，包括：

(1)将金属有机框架(MOFs)浸入糠醇与乙醇的混合液中得到混合体系，将该混合体系在密封条件下搅拌12～60小时。

作为优选，所述糠醇与乙醇分别为无水糠醇与无水乙醇，无水糠醇与无水乙醇的体积比为1:(1～2)。

作为优选，制备混合液时，无水糠醇与无水乙醇的混合过程需要在避光的条件下进行，混合后磁力搅拌时间为10～30min。

作为优选，所述金属有机框架(MOFs)是以过渡金属为中心或镧系金属为中心的金属有机框架，作为再优选，所述金属有机框架(MOFs)为：Ti基MOF、Zr基MOF、Co基MOF、Ni基MOF、Ce基MOF、Sc基MOF或Nd基MOF。

作为优选，所述金属有机框架(MOFs)在混合体系中的质量分数为0.1～1wt％。

作为优选，所述金属有机框架(MOFs)预先加热活化，以提高活性。

作为优选，所述混合体系在密封条件下搅拌24h。

(2)将步骤(1)的产物过滤取得固体粉末，在惰性气氛保护下进行第一次升温至70～90℃保温18～30h，再进行第二次升温至140～165℃，真空下保温4～8h。

作为优选，第一次升温至80～85℃，保温18～24h，此过程可促使糠醇分子间发生脱水缩合。

作为优选，第一次升温时，升温速率为5-10℃/min，快速升温可避免糠醇分子挥发，有利于糠醇分子间聚合。