[发明专利]氨基功能化的MOFs负载的CrPd纳米催化剂的制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种氨基功能化的MOFs负载的CrPd纳米催化剂的制备方法及应用，包括以下步骤：通过水热法制备MIL‑101；通过后修饰法制备MIL‑101‑NH₂；经过浸渍‑还原法制备CrPd/MIL‑101‑NH₂纳米催化剂。本发明能够作为一种新颖、简捷、高效的方法，来合成担载型的钯基催化剂，将所合成的催化剂应用于甲酸(FA)分解制氢反应中，能够取得非常好的催化活性，这为发展安全、高效的固体催化剂提供新的途径，并进一步促进FA作为储氢材料在车载燃料电池中的应用。

技术领域

本发明涉及催化及能源的可持续发展领域，特别是一种氨基功能化的MOFs负载的CrPd纳米催化剂的制备方法及应用。

背景技术

能源是人类赖以生存和发展的关键，随着社会的高速发展，化石燃料不断减少带来的能源危机及其燃烧产物带来的环境污染对目前以化石燃料为主的能源体系不断提出了严峻挑战。开发新型的可再生清洁能源是能源领域发展的必然趋势。氢能作为一种清洁、安全、高效的理想的二次能源倍受人们青睐。以氢气为氢源的燃料电池广泛应用于小型便携式产品、燃料电池汽车、航空航天等领域。然而，低密度的氢气不便于存储和运输，从而制约了燃料电池的发展。与传统的高压气态储氢和低温液态储氢相比，储氢材料储氢同时实现了高的存储密度和高的安全性。甲酸(HCOOH,FA)作为一种轻质小分子化学储氢材料，具有较高的能量密度，在室温下为稳定的液态，易加注，被认为是一种具有巨大应用潜力的化学储氢材料。在催化剂作用下，甲酸可以通过脱氢反应，生成需要的氢气和二氧化碳(HCOOH→H₂+CO₂)；也有可能通过脱水反应生成水和一氧化碳(HCOOH→H₂O+CO)。其中甲酸脱氢反应是人们期望的路径，因为甲酸脱水反应生成的CO易使催化剂中毒而失活，所以必须严格控制甲酸脱水反应的发生。

目前，用于甲酸分解制氢反应的催化剂主要有均相催化剂和多相催化剂，其中多相催化剂由于其具有容易控制、便于回收等优点被广泛地研究与使用。在甲酸脱氢反应中，贵金属(如Pd、Au)纳米材料对FA的制氢反应具有较高的催化活性，但是考虑到贵金属有限的资源和昂贵的价格，采用非贵金属部分取代贵金属可以降低催化剂成本；同时二元或三元纳米材料催化剂中两种或三种金属之间的协同效应可以有效提高反应活性。然而目前大多数含非贵金属的FA制氢用催化剂的催化性能仍存在着很大提升空间，并没有达到实际应用的要求。

此外，金属纳米材料的催化性能除了与其元素组成有关外，还与其分散度、颗粒大小、比表面积及电子特性有着密切关系。由于高表面能的纳米级的金属颗粒在反应过程中易团聚，导致反应活性位浓度的降低，这在很大程度上制约了其催化性能，因此为获得粒径均匀细小、分散性高的纳米催化剂，选择适当的催化剂载体成为一种行之有效的方法。和诸多载体材料相比，金属有机骨架(MOFs)作为一种多孔配位聚合物，具有高比表面积及化学可协调性等优点，并且易于通过后处理或配体设计等方法进行功能化改性。改性过后的MOFs通过功能化基团与金属纳米催化剂的相互作用，可以进一步提高金属纳米催化剂的分散性，同时改善其电子结构，从而提高功能化MOFs基复合物的催化性能。

综上所述，寻找一种简单且有效的方法合成高效、高选择性、低成本且分散性好的担载型多相催化剂对于提高FA脱氢反应效率是非常必要的。

发明内容

本发明的目的是要解决现有技术中存在的不足，提供一种氨基功能化的MOFs负载的CrPd纳米催化剂的制备方法及应用。

为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：

氨基功能化的MOFs负载的CrPd纳米催化剂的制备方法，包括以下步骤：

S1、通过水热法制备MIL-101；

S2、使用制得的MIL-101通过后修饰法制备MIL-101-NH₂；