[发明专利]一种非晶态合金催化剂、其制备方法及其用于氨硼烷分解制氢的应用

说明书

本发明公开了一种非晶态合金催化剂，所述催化剂的组成通式为Ni_xM_yP_z，其中Ni含量为45～80wt％，P含量为10～45wt％；M为金属添加剂，含量为0～10wt％。本发明还公开了所述非晶态合金催化剂的制备方法及其用于催化氨硼烷分解制氢中的用途。在加入碱性助剂的条件下可以提高催化分解氨硼烷的产氢速率。

技术领域

本发明属于催化剂领域，具体涉及一种非晶态合金催化剂、其制备方法及其用于氨硼烷分解制氢的应用。

背景技术

在化石燃料日渐不足的今天，氢能源的开发利用受到了高度关注。然而如今对氢的利用仍然存在许多困难与挑战。其中最主要的问题就是难以快速高效的产氢以及如何高效安全的储氢。传统的物理储氢以及金属氢化物储氢方法存在着储氢密度低，不便于携带等弊端；且在氢燃料电池中，装载卸载困难的问题尤为突出，不适用于实际应用。因此液态储氢化合物是最为合适的移动设备上的储氢材料。

液态储氢化合物包括环甲酸、甲醇、环烷烃、含B和N的化合物(如，NH₃BH₃N₂H₄BH₃)及肼的水合物等。其中甲酸的含氢量4.3wt％，未达到美国能源部(DOE)提出的移动设备储氢材料氢含量≥4.5wt％的标准。虽然甲醇的含氢量为12.5wt％，环烷烃的含氢量14.3wt％达到了标准，但它们仍存在其他问题，如目前没有合适的催化剂用于甲醇分解制氢，环烷烃分解产氢需要从外部吸大量的热且会产生焦炭，因此都不适宜用作移动设备中的储氢材料。

氨硼烷(NH₃BH₃,ammonia borane，缩写为AB)是一种室温下稳定的固体，具有高达19.6wt％的含氢量。可以通过热分解和水解两种方式产氢。但热分解通常需要较高的分解温度，室温下水解是更为理想的实际应用分解制氢方法。氨硼烷水解的反应方程式为：

NH₃BH₃+(2+x)H₂O→NH₄BO₂·xH₂O+3H₂

副产物可溶于水，氢气为唯一产出气体，后期不用分离纯化，为实际应用带来极大便利。

目前关于氨硼烷分解制氢已有诸多报道。在γ-Al₂O₃上负载贵金属Rh、Ru、Pt、Pd可以在室温下分解氨硼烷(Journal of Power Sources，168(2007)135–142)，但贵金属价格昂贵，原料稀缺，并不适宜工业生产。在可见光下20mg得到MoO_3-x催化剂60min可以分解产生0.94ml氢气(Angew.Chem.Int.Ed.2014,53,2910–2914)，产氢速率过低，不能满足需求。单分散的镍颗粒可以在10min之内分解催化2mmol氨硼烷，但是单分散颗粒本身不易制得，制得的催化剂也不易保存。因此需要开发一种价格低廉，催化活性和选择性高的催化剂实现在室温下催化分解氨硼烷制氢。

非晶态合金是一种短程有序、长程无序的大比表面积催化剂。非晶态合金活性中心性质相同，分布均匀，因此催化效果比结晶态催化剂更好。以镍为主要成分的非晶态合金具有铁磁性，在实际应用中，若有轴向均匀稳定的外加磁场，可以有效控制相间返混，传递效果好，反应结束可使用磁场快速回收催化剂，使用方便。从理论上说任何金属及类金属都能形成非晶态合金，通过改变前驱体种类和掺入量，可在较大范围内改变其组成，因而可以通过调节组成可以有效的控制电子性质，得到合适的催化活性中心。本发明意外发现改变Ni与P的含量可以改变催化剂的活性和选择性，并应用于氨硼烷分解制氢中。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种非晶态合金催化剂，可以在不添加助剂的情况下用于分解氨硼烷制氢。