[发明专利]一种胶体产氢催化剂及其制备方法

说明书

本发明涉及一种胶体产氢催化剂及其制备方法，该方法采用有机结构导向剂PVP‑K30保护，在氮气气氛和低温条件下，通过硼氢化钠还原制得Ru@Co/rGO纳米晶胶体材料。本发明提供的制备方法经济，安全，环保，成本低廉且操作简单。本发明所制备的Ru@Co/rGO纳米晶胶体材料具有较小的纳米晶尺寸，良好的分散性和稳定性，作为催化产氢胶体材料，通过Ru原子与Co原子之间发生电荷转移从而加快硼氢化钠的水解产氢，同时其良好地分散在二维材料若还原石墨烯上，有效地阻止了纳米晶之间的团聚，通过PVP胶体的结构导向保护，使金属纳米晶和弱还原石墨烯良好地分散在胶体溶液中，再次降低了催化剂的团聚，从而提高了材料的产氢性能和良好的稳定性。

技术领域

本发明属于产氢能源技术领域，具体涉及一种胶体产氢催化剂及其制备方法。

背景技术

氢能作为一种清洁能源，它的使用极大地促进了可再生能源领域的发展。然而，在氢能的应用中，大部分的产氢工艺局限于氢气的可控释放性能差等因素，实践表明最有效和最安全的方法是通过催化剂来催化产氢，固态氢化物一般可以通过热分解和溶剂分解等方法，但热分解需要较长的诱导时间(约3h)和较高的温度，因此限制了其的应用，溶剂分解法则可以在任意温度条件下通过合适催化剂实现氢气的高效释放。催化化学氢化物产氢的催化剂种类很多，一般主要包括三类：单金属催化剂，双金属催化剂以及负载型催化剂等。单金属催化剂研究最广泛的是金属Pt和Ru的催化剂，较低的活化能和较高的比表面积决定了其的高催化活性，但因为其成本较高，成分单一容易造成的团聚等缺点限制了其的广泛应用。因此，在不影响催化剂的催化活性前提下，通过发展双金属负载型催化剂来解决所遇的缺点。Ru贵金属纳米晶具有较高的比表面能，能极大地降低氢化物水解产氢的活化能，但局限于Ru纳米晶极易发生团聚，严重地影响了贵金属催化剂的循环使用寿命，往往只能达到1到2次的高催化产氢活性。

发明内容

本发明的目的在于针对上述存在的问题，提供一种Ru@Co /rGO纳米晶胶体材料，具有较低的活化能 (53.2 kJ∙mol^-1) 和较高的比表面积，有利于提高活性组分的分散度，实现催化剂高达多次利用，同时其造价成本低，性价比高，安全环保。

本发明实现的技术方案如下: 一种胶体产氢催化剂的制备方法，通过在氮气气氛和低温条件下，按一定配比和次序将二氯化钴溶液，三氯化钌溶液，石墨烯溶液以及PVP胶体溶液混合，再用一定浓度的硼氢化钠溶液还原上述混合溶液制得Ru@Co /rGO纳米晶胶体材料。

上述方法具体包括以下步骤：

步骤（1）：以天然鳞片石墨粉为原料，采用改进的Hummer法制备氧化石墨溶液，然后再用超声剥离制得氧化石墨烯溶液。

步骤（2）：将二氯化钴溶液和三氯化钌溶液以摩尔比为1 : 1的比例充分混合。

步骤（3）：取1 mL浓度为0.7 mg/mL的氧化石墨烯（GO）溶液滴入23 mL去离子水中，并与步骤2所得的溶液混合超声分散0.5 - 1 h。

步骤（4）：取7 g 保护剂聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶于20 mL去离子水中，并与步骤3所得的混合溶液混合。

步骤（5）：把步骤（4）所得混合溶液置于氮气气氛和低温条件下，再向混合溶液中加入10 mL, 浓度为16.5 mM 的NaBH₄溶液。

步骤（6）：把步骤（5）所得混合溶液置于0 ℃条件下反应12 h，得到Ru@Co /rGO纳米晶胶体材料。

上述制备方法制得的胶体产氢催化剂。

与现有技术相比，本发明的优点是：