[发明专利]一种Co-B/NGO复合纳米材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种Co‑B/NGO复合纳米材料，由掺氮石墨烯与无机钴盐经过硼氢化钠原位还原，然后进行冷冻干燥制得。其比表面积为40‑100 m² g^‑1，且具有磁性，能被磁铁吸引。作为硼氢化物水解制氢催化剂的应用时，放氢速率为500‑1700mL min^‑1g^‑1，产氢率为100%；可以通过磁铁进行吸引回收，回收率达到99.5%，循环后产氢速率保持在100‑1530 mL min^‑1g^‑1，即保持初次的产氢速率的50‑85%。其制备方法包括：1）前驱体的准备，将掺氮石墨烯和无机钴盐加入到水溶液中超声分散混合后，用硼氢化钠进行还原，最后离心、洗涤后得到前驱体；2）Co‑B/NGO复合纳米材料的制备，将前驱体进行冷冻干燥制得。因此，本发明制备简单并且具有更优良的催化性能，在硼氢化物水解制氢中的应用领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及催化化学技术领域，具体涉及一种Co-B/NGO复合纳米材料及其制备方法和应用。

背景技术

能源是人类赖以生存的最重要的物质，是人类发展中最重要的资源。人类对能源的使用在人类的进化和发展史上起到了至关重要的作用，钻木取火带来了原始文明的发展，煤炭的使用带来了钢铁冶炼的发展，石油、天然气等能源的使用更是带来了现代化工业的发展。近代工业飞速发展，对能源的消耗越来越大，与此同时带来的环境污染问题与能源枯竭问题也越来越严重。氢能作为高效洁净的二次能源，近年来受到人们的广泛关注。

其中高容量储氢物质(如NaBH₄，NH₃BH₃等)日渐成为许多研究人员的研究重点，其可以在室温条件下实现高纯度氢的可控释放，不会对环境造成污染。作为一种储氢材料NaBH₄有很高的储氢密度(10.6wt.％)，而且，在NaBH₄水解放氢的反应中，释放出的氢气有一半是来自于水，也就是说每当有1g NaBH₄水解时，最大可以释放出0.212g的氢气。NaBH₄水解制氢产出的氢气纯度高，不含CO、CO₂等杂质气体，能够满足燃料电池对纯度的要求，另外它还具有反应易控制、安全性高、无毒无污染等优点。硼氢化物可以通过热解和水解两种方式释放氢气，但是热解需要高温环境，因此限制了它的实际应用。硼氢化物水解过程操作简单，方便易行，加入合适的催化剂后室温下就可以快速的释放氢气。另外，反应产物中的氢气有一半是来源于水，更提高了其产氢的能力。但是，单纯的硼氢化物水解速率特别慢，因此，寻找高效廉价的催化剂是硼氢化物水解放氢应用的关键步骤。

另一方面，循环性能是衡量催化剂一项很重要性能指标，一种循环性能好能够有效回收利用的催化剂，是现在催化硼氢化物的水解制氢迫切需要的。例如，Yao,C.F.；Zhuang,L.；Cao等人，合成的Ru-Rh@PVP催化剂循环5次，保持率仅为31％【J.Alloy.Compd.2015,649,1025–1030】。循环性能不能满足要求的主要是：因为在采用抽滤或离心的回收方法，会对催化剂材料的微观结构产生不可逆转的破坏，进而大幅降低催化剂在循环回收后的催化性能。

贵金属催化剂具有很高的催化效率，但是成本太高，商业应用价值不高。非贵金属催化剂价格低廉，但是催化效果较差。开发一种低成本的高效催化剂仍是目前该领域亟待解决的问题，通过提高非贵金属催化剂材料的比表面积和表面活性位点来改善催化剂的性能是一个很好的研究方向。负载型多元催化剂就是通过金属间的协同作用和负载材料的支持分散作用来提高催化剂的性能，有很好的发展前景。

发明内容

本发明的目的是要提供一种Co-B/NGO复合纳米材料。利用掺氮石墨烯、金属离子与硼氢化钠进行原位还原，在原位还原的过程中，金属纳米颗粒会附着于掺氮石墨烯上，由于金属纳米颗粒有催化的功能，从而提供一种大比表面的掺氮石墨烯负载金属纳米颗粒复合催化剂，具有高的催化性能，由于具有磁性，可以通过磁性的方法回收利用，合成方法简单，价格低廉。