[发明专利]一种负载钌的银杏叶基多孔碳材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种负载钌的银杏叶基多孔碳材料，银杏叶作为碳源，经过低温碳化后，加入含氮化合物及碱性无机物，经煅烧活化后得到银杏叶基多孔碳材料，然后通过原位还原法将金属钌负载到多孔碳材料上，得到一种负载钌的银杏叶基多孔碳材料。其制备方法包括以下步骤：1）银杏叶的低温碳化；2）银杏叶基多孔碳材料的活化及后处理；3）金属钌的负载。作为氨硼烷水解制氢催化剂，室温下40 s完成放氢，放氢量为理论值的92%，放氢速率达到3718 ml s^‑1 g^‑1。可以循环使用，五次循环后，60 s完成放氢，放氢速率为2158 ml s^‑1 g^‑1，保持初次放氢速率的58%。通过不同温度下催化氨硼烷水解测试，显示较低的活化能E_a=23.86 kJ mol^‑1。在制氢材料、燃料电池等领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及多孔碳材料及催化氨硼烷水解制氢的技术领域，具体涉及一种负载钌的银杏叶基多孔碳材料制备方法和应用。

背景技术

随着经济的迅速发展与人口的不断增长，人们对能源的需求越发紧张。虽然化石燃料仍占据能源结构的大幅比例，但化石燃料是不可再生资源，并给环境带来一定的污染，由此产生的能源危机问题越发突显。解决此类问题的关键技术是开发新型可再生低碳绿色能源及其高效清洁储存转化技术。氢能作为一种储量丰富、能量密度高、使用方便、应用广泛的二次能源，受到了国内外科研工作者的广泛关注。氨硼烷（NH₃BH₃，AB）具有19.6 wt%的氢含量而受到国内外研究者的广泛关注。氨硼烷具有室温下的无毒性、稳定性和环境友好性等优点，被作为一种有潜力的制氢材料。氨硼烷的脱氢方式有3 种，分别为醇解、热分解和水解。生物质碳材料以其高比表面积被广泛应用于电池、电容器、储氢等领域，随着人们对美好生活的向往，生物质碳材料以其来源丰富、形貌独特、结构独特等特点受到了研究者的广泛关注。

废弃的生物质是制备多孔碳材料的理想材料之一，以废弃的生物质作为原料可以减少污染，有效的减少生活垃圾，同时获得多孔碳材料，变废为宝，是一种很有前景的制备方法。

运用多孔碳大的比表面积及表面孔的特点负载金属钌，能让钌纳米粒子均匀分散且不发生团聚，钌纳米粒子被稳定地负载在多孔碳的表面，从而高效的催化氨硼烷水解制氢，并且制备出的催化剂能通过过滤的方法重复使用，前景广阔，实用性强。

Liang等人通过原位还原法将金属钌还原到炭黑上，但是炭黑比表面积不大，碳材料表面孔也不多，所制备的催化剂效果一般。因此，寻求一种制备方法简单、比表面积大、孔结构丰富、实用性强的碳材料成为当前研究的热点。

发明内容

本发明的目的是提供一种负载钌的银杏叶基多孔碳材料及其制备方法，和作为氨硼烷水解制氢催化剂的应用，通过制备多孔碳材料，获得大的比表面积材料和孔径分布，让金属钌粒子能均匀分散在多孔碳材料上不发生团聚，从而实现高效催化氨硼烷水解制氢，并具有良好的循环性能，同时解决目前氨硼烷水解放氢速率低、催化剂团聚、催化剂不稳定等问题。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案利用银杏叶生物质为碳源，盐酸氨基脲或脲嘧啶为氮源，采用碱性无机物KOH等为活化剂，盐酸氨基脲或脲嘧啶作为高含氮量的氮源，不仅可以将氮元素成功地掺杂在碳材料中，还可以作为造孔剂，在碳化过程中和碳前驱体发生热解反应，从而尽可能增大材料的比表面积，进而负载大量的金属钌粒子，高效催化氨硼烷水解制氢。

实现本发明目的的具体技术方案是：

一种负载钌的银杏叶基多孔碳材料，由银杏叶经过低温碳化处理，然后与含氮化合物及碱性无机物混合，经煅烧和处理后得到多孔碳材料，然后通过原位还原法将金属钌负载到多孔碳材料上，得负载钌的银杏叶基多孔碳材料。

负载钌的银杏叶多孔碳材料的制备方法包括以下步骤：