[发明专利]一种碳纤维材料负载CoB催化剂制备方法及其在硼氢化钠水解制氢方面的用途

说明书

本发明属于催化制氢领域，特别涉及一种碳纤维材料负载CoB催化剂制备方法及其在硼氢化钠水解制氢方面的用途，包括（1）以钴盐、高分子聚合物等为原料，采用静电纺丝法制备含有钴盐的纳米纤维A；（2）配制含有还原剂的溶液，得到溶液B；（3）将纳米纤维材料A浸入B溶液,恒温水浴，使纳米纤维A中活性金属还原生成CoB，进一步进行抽滤、洗涤，真空干燥得到纳米纤维材料C；（4）将纳米纤维材料C在通惰性保护气的条件下置于管式炉中高温碳化即得到碳纤维负载的CoB催化剂。本发明投资成本低廉，用量少，催化剂使用寿命长，催化活性分子分布均匀，可显著加快硼氢化钠水解制氢速率，有效降低反应活化能。

技术领域

本发明属于纳米催化制氢领域，特别涉及一种碳纤维材料负载非晶态合金CoB催化剂制备方法及其在硼氢化钠水解制氢方面的用途。

背景技术

化石燃料有限的储量使人类正面临着前所未有的能源危机，同时其燃烧产物被排放到大气中加速了温室效应。面临这些问题，现在人类迫切需要寻找一种可以替代的新能源。氢能作为一种可再生的绿色能源受到人们的极大关注，氢能的高效利用成为了人们研究的热点，其中使用氢气作为燃料具有明显的优势。然而寻求安全、方便、实用性强的储氢技术仍然是一个挑战。

NaBH₄储氢密度高，含氢量达10.6wt.%，约为常规金属氰化物的5倍，而且NaBH₄的水解制氢过程中不排放有害气体，氢气纯度极高，不含使燃料电池中毒的有害气体，同时由于不需要外加能量，能量的利用效率高，使NaBH₄水解作为一种安全、方便的新型化学储氢材料受到受到科研人员的关注。

为了实现快速可控产氢，必须选择一种高效的催化剂作为氢原子复合成为氢分子的场所来催化其水解反应。常用的催化剂有两类，一类为贵金属，如Pt、Ru及其合金等，另一类为NiB、CoB等非贵金属。由于贵金属的成本高昂及储量有限，难以满足大规模应用，而且非贵金属也可以有极好的性能，所以目前的研究主要集中在非贵金属催化剂方面。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的不足之处而提供一种设备减少，投资成本低廉，而且催化剂使用寿命长，具有较大表面积，活性分子分布均匀，可显著加快反应速率，有效降低反应活化能的碳纤维材料负载CoB催化剂制备方法。

本发明还提供一种碳纤维材料负载CoB催化剂及在硼氢化钠水解制氢方面的用途。

碳纤维材料负载CoB的催化剂制备方法，可按如下步骤进行：

（1）将钴盐溶解在有机溶剂中，制备含有钴的溶液，静置；

（2）将高分子聚合物溶解在有机溶剂中，制备含有高分子聚合物的溶液并进行搅拌；

（3）将步骤（1）所得溶液倒入步骤（2）所得溶液中，搅拌后，转移至注射器中，利用静电纺丝装置制备含有钴盐的纳米纤维材料前驱体A；

（4）配制含有还原剂的溶液，得到还原性溶液B；

（5）将步骤（3）所得的含有钴盐的纳米纤维材料前驱体A浸于步骤（4）所述还原性溶液B中，纳米纤维A中的活性钴元素被还原为CoB, 恒温水浴后, 进行抽滤、洗涤，真空干燥得到纳米纤维材料C；

（6）将步骤（5）所得纳米纤维材料C置于管式炉中，通惰性保护气焙烧，即得目的产物碳纤维负载CoB催化剂。

作为一种优选方案，本发明所述步骤（1）中的钴盐为硝酸钴、氯化钴或硫酸钴；所述静置时间为10～20h。

进一步地，本发明所述步骤（2）中的高分子聚合物为聚丙烯腈（PAN）或聚偏氟乙烯（PVDF）。

进一步地，本发明所述步骤（2）中的高分子聚合物优选为聚丙烯腈（PAN）。