[发明专利]一种用于水合肼分解产氢的RhCr催化剂及其制备方法

说明书

本发明提供了一种用于水合肼分解产氢的RhCr催化剂及其制备方法。该催化剂采用一步还原法制备，以硼氢化钠为还原剂，通过还原Rh源和Cr源前驱体的混合溶液而得。该催化剂在323K下对水合肼分解产氢表现出优异的催化性能，反应的氢气选择性到达了100％，其转化频率(TOF)值高达500(mol H₂mol metal^‑1h^‑1)。本发明方法制备催化剂的方法操作简便，所获得的催化剂，具有粒径小、比表面积大、催化活性位点多等特点，并且具很高的催化活性和稳定性，是一种很有发展前景的催化剂。

技术领域

本发明方法涉及一种用于水合肼分解产氢的RhCr催化剂及其制备方法，属于储氢材料领域。

背景技术

能源是一个国家发展的重要战略物资。全球能源转型的基本趋势是实现化石能源体系(如石油、天然气、煤等)向低碳能源体系的转变，最终进入以再生能源为主的可持续能源时代。在众多的替代能源中，氢能具有可再生、无污染、燃烧值高、易于存储和运输等特点，被誉为下一代二次清洁能源。氢能完整的工业链主要包括氢能的规模制备、储存运输及应用等环节，其中安全高效的储氢技术是关键，也是目前氢能发展的瓶颈技术。氮基氢化物因具有高含氢量、高储氢密度以及其在放氢性能方面的显著优势，引起了研究者们的广泛兴趣。

肼(N₂H₄)含氢质量分数高达12.5wt％，完全分解的产物为H₂和N₂，是一种有应用前景的氢源。但是肼有剧毒，且与金属催化剂接触时容易发生爆炸，存在一定的安全隐患。然而当肼与水形成水合肼(N₂H₄·H₂O)后，其性质就变得比较稳定，且仍然含有高达8.0wt％的含氢质量分数，因而更适合作为氢源进行研究。水合肼中的水分子不参与反应，其完全分解的产物与肼的相同(反应1)。但是也存在一条竞争性的副反应路径(反应2)，当有副反应发生时反应的H₂选择性则会大大降低。因此，开发高效稳定的制氢催化剂是实现水合肼作为储氢材料研究的关键。

N₂H₄→N₂+2H₂ (1)

3N₂H₄→4NH₃+N₂ (2)

2009年，日本产业技术综合研究所徐强教授研究组采用液相还原法制备了一系列过渡金属单组分纳米颗粒，其中Rh纳米颗粒表现出了最优的催化活性，但是H₂选择性只有44％(J.Am.Chem.Soc.2009,131,9894-9895)。目前针对催化水合肼完全分解产氢的催化剂主要集中在Ni基贵金属合金纳米材料，如Pt-Ni、Rh-Ni、Pd-Ni等。水合肼分解制氢普遍存在催化剂活性和循环使用稳定性不高的问题。因此，发展新型高效稳定的催化剂，催化水合肼完全产氢具有一定的科学意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于水合肼分解产氢的RhCr催化剂及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明所述用于水合肼分解产氢的RhCr催化剂是在298K下以硼氢化钠为还原剂直接还原Rh源和Cr源前驱体混合溶液而得。

一种用于水合肼分解产氢的RhCr催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)使可溶性Rh源前驱体与可溶性Cr源前驱体形成混合溶液；

(2)向步骤(1)得到的混合溶液中加入硼氢化钠溶液，反应一段时间，得到所述的用于水合肼分解产氢的RhCr催化剂。

优选的，所述的可溶性Rh源前驱体为三氯化铑、三碘化铑、硝酸铑或者氯铑酸铵。