[发明专利]一种用于肼分解产氢的NiPt-Ni(OH)2

说明书

本发明提供了一种用于肼分解产氢的NiPt‑Ni(OH)₂/La(OH)₃催化剂及其制备方法。该催化剂由金属Ni、金属Pt、金属氢氧化物Ni(OH)₂和稀土元素氢氧化物La(OH)₃载体组成，结构式为NiPt‑Ni(OH)₂/La(OH)₃。该催化剂采用沉淀还原法，先通过加碱沉淀得到Ni(OH)₂和Pt(OH)₂，然后加入硼氢化钠还原得到。该催化剂能在常温常压不添加任何助剂的条件下快速催化肼分解产氢，选择性高达95％，转换频率高达303h^‑1。该催化剂制备简单，催化活性高，是一种很有应用前景的催化剂。

技术领域

本发明方法涉及一种用于肼分解产氢的复合纳米催化剂及其制备方法，属于储氢材料领域。

背景技术

氢能由于具有高燃烧热值和燃烧产物无污染的特点，被认为是一种理想的二次能源。但是如何安全高效的储存氢气仍然是制约着氢能的大规模使用的瓶颈。化学储氢材料由于具有较高的储氢密度，便于运输和储存，是可以替代传统增压或者低温液化储氢的新型储氢方式。在所有的化学储氢材料中，水合肼具有较高的含氢量，且可以在现有设备上直接使用，是一种极具应用前景的化学储氢材料。

水合肼(N₂H₄·H₂O)，室温下物理化学性质稳定，便于运输和储存，储氢含量为8.0wt.％，远超美国能源部制定的2017年储氢材料的要求指标(5.5wt％)，具有良好的实际应用前景。有合适的催化剂存在时，水合肼的分解在温和的条件下就能进行。理论上1摩尔的水合肼分解可以产生2摩尔的氢气和氮气(反应1)。但是水合肼的分解往往伴随有生成氨气的副反应的发生(反应2)，会大大降低水合肼产氢的效率。因此，水合肼产氢的关键在于制备高活性，高选择性的催化剂。

N₂H₄(l)→N₂(g)+2H₂(g) (1)

3N₂H₄(l)→4NH₃(g)+N₂(g) (2)

通常提高水合肼分解的氢气选择性的方法有升高反应温度以及添加碱作为助剂(J.Am. Chem.Soc.2010,49,6148；Eur.J.Inor.Chem.2011,2011,2232)。然而，升高温度意味着生产成本和能源消耗的增加，而氢氧化钠的引入会腐蚀设备，对设备和操作提出了更高的要求。因此，如何在室温以及无碱的条件下高效催化水合肼产氢，是实现水合肼产氢实际应用的关键。目前，已有一些报道的催化剂能够实现在室温下高选择性的催化水合肼脱氢(Angew. Chem.,Int.Ed.2012,51,1；J.Mater.Chem.A 2016,4,6595)，但是这些催化剂的催化活性仍然很低，无法满足实际生产的需要。因此，制备出一种在室温无碱条件下，可高活性高选择性催化水合肼产氢的催化剂具有非常重要的理论和实际意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复合纳米催化剂及其制备方法，该复合纳米催化剂可以用于液相催化肼产氢。在本文中，所述的复合纳米催化剂又称为NiPt-Ni(OH)₂/La(OH)₃催化剂。

本发明所述的NiPt-Ni(OH)₂/La(OH)₃催化剂由金属Ni、金属Pt、金属氢氧化物Ni(OH)₂以及稀土氢氧化物La(OH)₃组成，其化学式为NiPt-Ni(OH)₂/La(OH)₃，其中Ni的含量为2.1～13.0wt.％，Pt的含量为8.1～54.1wt.％，Ni(OH)₂的含量为0.8～5.1wt.％，La(OH)₃的含量为27.7～88.5wt.％。