[发明专利]一种无定形碳负载纳米金属颗粒催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种无定形碳负载纳米金属颗粒催化剂及其制备方法和应用，该催化剂的制备方法包括：在惰性气氛保护下，二氯二茂金属与氢化锂通过球磨进行混合，得到粉末状混合物；加热所述粉末状混合物直至二氯二茂金属完全还原为金属单质且环戊二烯发生脱氢碳化，得到加热产物；将加热产物粉碎至粉末，再加入至有机溶剂中，得到混合物；从所述混合物中分离得到固体材料，再加热脱除有机溶剂，得到无定形碳负载纳米金属颗粒催化剂。本发明催化剂制备方法简便，添加该催化剂的NaAlH₄和MgH₂储氢材料具有放氢温度低，放氢速率快，循环寿命长的优点。

技术领域

本发明涉及储氢材料领域，具体涉及一种无定形碳负载纳米金属颗粒催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

能源是国民经济和科学技术发展的支柱，人类历史的发展离不开能源材料的开发和利用。目前，全球能源使用中，传统化石能源材料占有很大比重。但传统化石能源材料是一种不可再生的能源，随着人类的大规模开采和使用，人类正面临着严峻的能源枯竭。此外，大量应用化石能源给人类带来了严重的环境污染问题。化石能源燃烧所排放的氮氧化物、含硫化物和悬浮颗粒物带来了酸雨、雾霾 和温室效应，严重影响全球气候，威胁到人类的生存和发展。因此开发来源更广泛、更清洁、更高效的绿色新能源意义重大。

氢是一种理想的能源载体，具有储量丰富、能量密度高、转化效率高、零排放、利用形式多样等优点。因此，氢能被认为最有潜力的替代能源，世界各国都高度重视氢能的开发与利用，纷纷制定了氢能发展规划致为于发展氢气为载体的清洁能源技术。

氢能的利用主要包括三个重要环节：制备、储存和输运。其中，氢气的储存技术被认为是制约其大规模发展的瓶颈。

根据氢的物理状态，储氢方法可分为固态储氢、液态储氢和气态储氢。其中基于氢化物及配位氢化物储氢材料的固态氢储存技术具有成本低廉、安全性好和质量、体积储氢密度高等优点，被普遍认为是最具发展前景的氢储存方式。早期开发的基于稀土合金的储氢材料，由于其质量储氢容量偏低(～2.5wt％)，难以满足实用化储氢系统的储氢密度要求。因此，新型高容量储氢材料的研发是推动氢能产业化的关键。

目前，世界各国都把固态储氢材料的研究重点集中在轻金属配位氢化物和轻金属氢化物上。其中以NaAlH₄为原型的金属铝氢化物基储氢材料以其较高的质量储氢容量和适宜的热力学性能，被认为是最接近实用化的一类储氢材料之一。然而，NaAlH₄储氢材料的吸放氢动力学性能较差和可逆容量低一直是亟待解决的问题。

针对NaAlH₄储氢材料的改性研究，主要集中在纳米化、多相复合和催化改性三个方面。其中，催化改性能够显著改善NaAlH₄的储氢性能，而且对储氢容量的影响较小。1996年，等人率先发现了含Ti 催化剂能够显著改善NaAlH₄的动力学性能和可逆性，随后NaAlH₄在储氢材料研究中备受关注。除了含Ti催化剂之外，人们陆续发现Zr-、V-、Nb-、 Ce-和碳-基催化剂对NaAlH₄的脱/加氢动力学性能也有明显的改善作用。但现有的催化剂主要是基于过渡金属氧化物和卤化物的催化剂，在加热过程中容易与NaAlH₄反应产生副产物NaCl和NaOH等，造成储氢容量的损失。

因此，开发颗粒尺寸小，催化活性高的金属单质类型的催化剂是进一步改善NaAlH₄基储氢材料的重要途径。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无定形碳负载纳米金属颗粒催化剂及其制备方法和应用，该无定形碳负载纳米金属颗粒催化剂可显著降低储氢材料的吸放氢工作温度，提高动力学性能和循环性能。

具体技术方案如下：

一种无定形碳负载纳米金属颗粒催化剂的制备方法，包括：