[发明专利]催化甲酸制氢的催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明属于催化剂领域，公开了一种催化甲酸制氢的催化剂及其制备方法和应用，所述催化剂选自具有下式所示结构的金属络合物：其中：金属M＝Ir、Rh、Ru中的一种；配体R₁＝NH₂、R₂＝NH₂或R₁＝CH₃、R₂＝Ph。本发明的催化剂能够在相对温和的水相条件下分解甲酸，分解产物中氢气与二氧化碳的比例为1:1，且不含其它如甲醛、甲烷、CO等有可能对燃料电池性能造成影响的成分。该催化剂的催化效率高、抗氧化能力强，具备较好的环境适应性。

技术领域

本发明属于催化剂领域，涉及一种催化甲酸制氢的催化剂及其制备方法和应用，更具体的，涉及一种高活性抗氧化催化甲酸制氢的催化剂及其制备方法和在甲酸制氢方法中的应用。

背景技术

氢气作为具有高质量能量密度的燃料，早已在航天航空与燃料电池等领域获得广泛应用。随着“碳中和”概念的提出，氢气再次成为清洁能源领域的焦点，但受限于其低体积能量密度与储存安全性等问题，氢气的应用尚未得到大范围的普及。

曾有学者提出将甲酸作为储氢载体，在需要氢气时将其分解，得到氢气与二氧化碳，这种途径既解决了氢气的储存与运输的安全性问题，又解决了其低体积能量密度的缺陷，为氢气的普及开辟了新的道路，也为各国学者提供了新的研究方向。

CN101541668B、JP2005-289742、CN103240108A等公开了由甲酸分解产生H₂和CO₂的方法，但其反应条件过于苛刻，距离将其真正应用于燃料电池、便携性用氢设备尚有差距；CN106466640B公开了一种能够在低温下催化甲酸制氢的抗中毒铱催化剂，所分解气体中不含如CO、甲醛等会导致燃料电池中毒的成分，有效的降低了制取氢气的成本，但其催化甲酸制氢的速率最高不超过430h^-1，反应速率不理想，且在催化甲酸分解的过程中需要惰性气体进行保护，进一步增加了甲酸制氢的成本；Fink.C.andG.Laurenczy在DaltonTransactions46.5(2017):1670-1676发表的《CO₂ as a hydrogen vector-transition metal diamine catalysts for selective HCOOH dehydrogenation》公开了多类N-N二齿胺配体类铱催化剂，其配体种类囊括脂肪胺类、芳香类及共轭类N-N二齿胺配体，但该文献所公布的催化剂中在90℃下可达到的最高TOF小于3300h^-1，且大部分催化剂所能实现的TOF不超过1500h^-1，其催化分解速率对于燃料电池、便携性用氢设备等实际应用是不可行的。

综上所述，目前使用催化剂催化甲酸分解技术中存在反应条件苛刻、催化反应速率低，抗氧化能力弱，难以在适配现有燃料电池技术与氢能基础设施的前提下进行推广。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的之一在于提供一种催化甲酸制氢的催化剂，该催化剂的催化效率高、抗氧化能力强，具备较好的环境适应性。

本发明的目的之二在于提供一种催化甲酸制氢的催化剂的制备方法。

本发明的目的之三在于提供一种催化甲酸制氢的催化剂在甲酸制氢方法中的应用。

为实现本发明目的，具体技术方案如下：

一种高活性抗氧化催化甲酸制氢的催化剂，所述催化剂选自具有下式(I)所示结构的金属络合物：

其中：金属M＝Ir、Rh、Ru中的一种；配体R₁＝NH₂、R₂＝NH₂或R₁＝CH₃、R₂＝Ph。