[发明专利]一种C-Co复合纳米材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种C‑Co复合纳米材料，由络合剂与无机钴盐发生络合反应，然后进行热处理制得。其比表面积为67~157 m²g^‑1，且具有磁性，能被磁铁吸引。作为硼氢化物水解制氢催化剂的应用时，放氢速率为200~1800 mL min^‑1g^‑1，产氢率为100%；可以通过磁铁进行吸引回收，回收率达到99.5%，循环后产氢速率保持在100~1530mL min^‑1g^‑1，即保持初次的产氢速率的50~85%。其制备方法包括：1）前驱体的准备，将络合剂、三乙胺和无机钴盐加入到DMF溶液中溶解混合后，进行离心、洗涤后得到前驱体；2）C‑Co复合纳米材料的制备，将前驱体进行热处理制得。因此，本发明具有更优良的催化性能，特别在循环性能上具有独特优势，在硼氢化物水解制氢中的应用领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及催化化学技术领域，具体涉及一种C-Co复合纳米材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着人类对化石燃料的过度使用，造成了全球性的资源短缺以及能源问题，由此引发的环境的污染和气候的变化等一系列的问题，于是迫切的寻找一条可持续的绿色能源道路，开发一种清洁高效的能源，将成为人类发展的最终出路。氢能作为一种无污染、高效而且具有很高的能量密度的能源已经受到世界各国的关注。目前的储氢方法多种，其中氢化物储氢因其具有高效的储氢效率，易控制操作安全，反应条件简单等众多优点，成为国内外储氢领域研究的热点。

近年来，高容量储氢物质（如NaBH₄，NH₃BH₃等）日渐成为许多研究人员的研究重点，其可以在室温条件下实现高纯度氢的可控释放，不会对环境造成污染。然而，硼氢化物在没有催化剂的条件下几乎不会放氢，但加入催化剂后可以快速放氢，从而可实现在室温下进行可控制备和储存，因此，研究有效的，价格低廉的和稳定性好的催化剂且在温和的条件下能提高氢化物的水解，对于实际的应用是有必要的。经研究证明，大多数催化剂已经证明了可以有效的加速氢化物的水解，例如：各类的过渡金属盐，贵金属纳米簇团等【Catal.Commun，2011，13，40-43; Int. J. Hydrogen Energ, 2009, 34, 2893-2900】。但是，由于金属纳米颗粒容易团聚和不稳定和常规方法制备的Co基催化剂材料的比表面积的大小在5~100 m²g^-1之间，直接作为催化剂在一定程度上阻碍了催化的性能【J.PowerSources2010,195, 2136-2142】。

另一方面，循环性能也是催化剂也是一项很重要的性能指标，一种循环性能好能够有效回收利用的催化剂，是现在催化硼氢化物的水解制氢迫切需要的。例如，Rakap, M.;Özkar, S等人，制备的Co基纳米催化剂循环5次后，保持率在68%【Int. J. Hydrog. Energy2010, 35, 3341–3346】。Yao, C.F.; Zhuang, L.; Cao等人，合成的Ru-Rh@PVP催化剂循环5次，保持率为31% 【J. Alloy. Compd. 2015, 649, 1025–1030】。Sun等人制备的Co-B-TiO₂纳米复合材料催化剂循环10次后，保持率为76%【Ceramics International 2015， 1，899-905】。然而，他们的循环性能都不能满足要求。主要是因为在催化剂抽滤或离心回收的过程中，很容易破坏微观结构，极大影响循环以后的性能。

因此，改变催化剂回收手段，可以有效提高循环性能，研发一种既能保证催化性能，又能实现高效回收循环利用，具有较高循环性能的催化剂是非常迫切和具有实用意义的。

发明内容