[发明专利]负载型贵金属硼化物催化剂及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了负载型贵金属硼化物催化剂及其制备方法与应用。所述催化剂包括活性金属相和氧化物基体相，所述活性金属相以纳米颗粒形式弥散分布于氧化物基体相表面，所述活性金属相是一种或多种贵金属的硼化物。发展高效的催化剂设计理念和可控合成方法是推进N₂H₄·H₂O可控制氢技术实用化进程中亟待解决的关键问题。本发明提供了高性能贵金属硼化物催化剂的合成方法，该方法原料易得、操作简便、便于量产。所制得的催化剂首次应用于N₂H₄·H₂O催化分解制氢体系，兼具高本征性能和丰富的活性位点，可在近室温条件下高效且稳定地催化N₂H₄·H₂O分解制氢，其活性位于目前报道催化剂的顶尖水平。

技术领域

本发明属于制氢技术及材料领域，具体涉及负载型贵金属硼化物催化剂及其制备方法与应用。

背景技术

氢能作为洁净高效的二次能源，有望为人类解决能源危机、环境污染等全球性问题。但氢能的规模化应用需解决制氢、储氢、用氢环节包含在内所面临的科学/技术挑战，其中储氢环节最为突出。因此，发展储氢材料和制氢技术对于实现可持续发展具有重大意义。历经全球学者数十年的研究表明，可逆储氢材料的工作环境尚不能或同时满足车载燃料电池应用要求。鉴于此研究现状，自2000年前后，各国学者开始致力于化学储氢材料可控放氢技术研究，由此引发了化学储氢材料的研究热潮。其中水合肼(N₂H₄·H₂O)作为新型化学氢化物不仅具备典型储/制氢一体化特征，同时具有高储氢密度(8wt％)、低廉价格(2$/L)、良好的化学稳定性以及制氢反应不产生固体副产物等突出优点，在车载/便携式氢源方面的应用潜力最被看好。

发展N₂H₄·H₂O可控制氢技术的核心关键在于研制出高活性、高制氢选择性和良好稳定性的催化剂。前期研究发现，单金属Ir、Ru、Ni三种金属对于N₂H₄·H₂O分解反应表现出不同的催化性能。其中，贵金属Ir、Ru表现出高催化活性，但其制氢选择性过低；过渡金属Ni虽表现出较高的制氢选择性，但其催化活性却远低于贵金属Ir和Ru。近年来，各国学者综合运用合金化、结构纳米化、引入碱性氧化物载体等改性策略，总体上大幅度改善了催化剂活性和制氢选择性，其中以非贵金属Ni与贵金属Pt、Ir、Rh等所形成的系列二元合金催化剂的发展尤为迅猛。然而，代表性Ni-Pt合金催化剂虽在近室温条件下可100％选择性地催化N₂H₄·H₂O分解制氢，但其催化活性(2194h^-1)却远低于单金属Ir(近8000h^-1)，远无法满足制氢系统的实用需求。在力求扭转这一局面的科研实践中，以发展高性能Ni基二元合金催化剂为目标的研究对象仍会得到沿用，但相比之下，打破常规元素选择与拓宽成分探索空间的研究策略重点考察Ir基催化剂的综合催化性能显然更具实用性。

目前，贵金属硼化物在催化、阻燃剂等领域具有广泛应用前景。主要采用电弧熔炼或高温烧结的方法制备，且需真空密封石英舟的严苛条件(cited：The crystal chemistryof platinum metal borides)。该方法不仅耗费大量的能量且无法批量生产，同时不具有安全性。对此，急需迫切寻找一种简易且可大量生产的贵金属硼化物制备方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于N₂H₄·H₂O催化分解反应的负载型贵金属硼化物催化剂及其制备方法。该方法原料易得、操作简便、便于量产、制得的催化剂兼具高本征催化性能和丰富的活性位点，可在碱性条件下高效且稳定地催化N₂H₄·H₂O分解制氢反应，综合催化性能位于目前顶尖水平。