专利名称：硼氮烷水解制氢的合金催化剂及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种硼氮烷水解制氢的合金催化剂及其制备方法，属于电化学、催化化学和化学能源的技术领域。
背景技术：
氢-氧(空气)燃料电池是一种清洁高效的发电装置，具有高比能量、无环境污染等显著优点，是多种便携式电子产品以及电动车辆的理想配套电源。目前氢-氧燃料电池的技术已相当成熟，阻碍其广泛应用的主要原因在于缺乏高效的储氢装置。一直以来，储氢合金储氢、碳纳米管储氢、有机化合物重整制氢等方法，要求吸放氢条件苛刻或产氢量不高(一般＜3wt％)，尚不能满足应用要求。硼氮烷是一种含氢量很高(～20wt％)，且在水溶液中稳定的化合物。利用硼氮烷的催化水解放氢是一种简便高效的制氢方法，可以作为便携式或移动式燃料电池的氢源。国外曾有人报道过利用贵金属Pt、Rh、Pd催化硼氮烷水解制氢。
发明内容
本发明的目的在于提供一种廉价的高性能的硼氮烷水解制氢的合金催化剂及其制备方法，该催化剂能够高效地催化硼氮烷水解放氢，可用于构建一类简单可靠、高储氢密度的化学氢源，应用于各种移动式氢-氧(空气)燃料电池或其他氢能技术产品。
本发明的技术方案是一种硼氮烷水解制氢的合金催化剂，其特征在于该催化剂为非贵金属Ni基合金催化剂，合金催化剂分散在多孔材料载体上，催化剂载量为10～90wt％的镍合金，90～10wt％的多孔载体材料。
如上所述的硼氮烷水解制氢的合金催化剂，其特征在于与Ni形成合金的金属为下列金属之一Au、Ag、Cu、Fe、Co、Sn、Al、Ir、Ru。
如上所述的硼氮烷水解制氢的合金催化剂，其特征在于所述的催化剂多孔载体材料为下列之一活性炭、乙炔黑、三氧化二铝、二氧化硅。
上述硼氮烷水解制氢的合金催化剂的制备方法，其特征在于将金属盐溶液混合均匀，加入催化剂载体，选用下列还原方法之一制备液相还原法、碳热还原法、氢气还原法或聚合物热解法。
如上所述的硼氮烷水解制氢的合金催化剂的制备方法，其特征在于所选用的金属盐为可溶性金属盐，包括氯化物、硝酸盐、硫酸盐、草酸盐、醋酸盐、碳酸盐或是磷酸盐，或其中两种或三种金属盐混合物，这种混合物混合时不应产生沉淀。
如上所述的硼氮烷水解制氢的合金催化剂的制备方法，其特征在于所述的金属盐可选用多种溶剂配制，如水、丙酮、异丙醇、N，N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、四氢呋喃中的一种或其中任意两种的混合物。
有益的效果本发明的催化剂用于硼氮烷水解反应制备氢气，具有良好的催化活性。室温下在中性水溶液体系中，硼氮烷的水解反应可产生约8.7wt％的氢气。
附图1排水体积法收集水解反应释放的氢气装置图。其中，1-恒温水浴缸，2-水解产氢烧瓶，3-收集气体的U形管。
附图2实施例1——室温下，20mg NiCu/C催化剂中，50mL 0.02mol·L-1BH3NH3溶液的水解释氢速度。
附图3实施例2——室温下，20mg NiAg/C催化剂中，50mL 0.02mol·L-1BH3NH3溶液的水解释氢速度。
附图4室温下，比较Pt/C及Ni基合金催化剂的水解释氢速度(20mg催化剂，20wt％金属载量，50mL 0.02mol·L-1BH3NH3溶液)。
具体实施例方式
以下结合具体的实施例子对本发明的技术方案作进一步的说明实施例1将含NiCl2·6H2O为77.8mg的水溶液和含CuCl2·2H2O为55.8mg的水溶液，混合均匀，加入160mg的活性碳粉，加热搅拌浓缩溶液(60℃)，以及超声波分散交替进行，直至成为浆状混合物，60℃烘箱中烘干，氢气气氛300℃下还原2小时，即可得到20％NiCu/C(Ni∶Cu原子比＝1∶1)。
实施例2将含Ni(NO3)2·6H2O为69.8mg的水溶液和含AgNO3为40.8mg的水溶液，混合均匀，加入160mg的活性碳粉，加热搅拌浓缩溶液(60℃)，以及超声波分散交替进行，直至成为浆状混合物，60℃烘箱中烘干，氢气气氛300℃下还原2小时，即可得到20％NiAg/C(Ni∶Ag原子比＝1∶1)。
实施例3用热水溶解127.5mg SnCl2·2H2O固体，并滴加几滴浓盐酸溶液助溶，使其成为澄清溶液。将134.4mg的NiCl2·6H2O固体加入SnCl2溶液中，在60℃水浴中加热并搅拌均匀。将100mg活性碳粉加入上述混合溶液中。二十分钟后将混合物进行超声分散二十分钟。将加热搅拌和超声分散两个步骤交替进行，直到混合物变成浆状混合物为止。让浆状混合物在60℃下烘干，变成固体，将固体碾碎，在200℃管式炉中，用氢气还原4小时，即可得到50％NiSn/C(Ni∶Sn原子比＝1∶1)。实施例4将148.6mg的NiCl2·2H2O和257.4mg的HAuCl4·4H2O固体加入水中配成溶液，搅拌均匀，搅拌下加入40mg的活性碳，将磁力搅拌过程和超声波分散过程交替进行，让混合物充分分散均匀，再慢慢滴加2.5％的NaBH4水溶液，反应完全后，过滤洗涤，80℃真空干燥10h，即可得到80％NiAu/C(Ni∶Au原子比＝1∶1)。实施例5以20mg 20wt％NiAg/C作催化剂，将催化剂投入50ml 0.02mol.L-1的BH3NH3水溶液中，在室温(20℃)下进行水解实验，用U形管采用恒压排水法，测量放出的氢气的体积。
权利要求
1.一种硼氮烷水解制氢的合金催化剂，其特征在于该催化剂为非贵金属Ni基合金催化剂，合金催化剂分散在多孔材料载体上，催化剂载量为10～90wt％的镍合金，90～10wt％的多孔载体材料。
2.如权利要求1所述的硼氮烷水解制氢的合金催化剂，其特征在于与Ni形成合金的金属为下列金属之一Au、Ag、Cu、Fe、Co、Sn、Al、Ir、Ru。
3.如权利要求1所述的硼氮烷水解制氢的合金催化剂，其特征在于所述的催化剂多孔载体材料为下列之一活性炭、乙炔黑、三氧化二铝、二氧化硅。
4.上述硼氮烷水解制氢的合金催化剂的制备方法，其特征在于将金属盐溶液混合均匀，加入催化剂载体，选用下列还原方法之一制备液相还原法、碳热还原法、氢气还原法或聚合物热解法。
5.如权利要求4所述的硼氮烷水解制氢的合金催化剂的制备方法，其特征在于所选用的金属盐为可溶性金属盐，包括氯化物、硝酸盐、硫酸盐、草酸盐、醋酸盐、碳酸盐或是磷酸盐，或其中两种或三种金属盐混合物，这种混合物混合时不应产生沉淀。
6.如权利要求4所述的硼氮烷水解制氢的合金催化剂的制备方法，其特征在于所述的金属盐选用下列溶剂配制水、丙酮、异丙醇、N，N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、四氢呋喃中的一种或其中任意两种的混合物。
全文摘要
一种硼氮烷水解制氢的合金催化剂，其特征在于该催化剂为非贵金属Ni基合金催化剂，合金催化剂分散在多孔材料载体上，催化剂载量为10～90wt％的镍合金，90～10wt％的多孔载体材料。本发明的Ni基合金催化剂用于催化硼氮烷水解时，每摩尔硼氮烷可以在几分钟或者是十几分钟内释放出3摩尔氢分子，且氢气纯度可达100％。与常用的贵金属Pt催化剂相比具有催化活性更高、价格更低的优点。利用本发明的方法可以构建高效快捷的高纯度氢气发生器，应用于氢－氧(空气)燃料电池等需要高纯氢气的场合，以满足现代电子设备以及电动汽车等应用需求。
文档编号B01J23/89GK101081367SQ20071005202
公开日2007年12月5日 申请日期2007年4月28日 优先权日2007年4月28日
发明者杨汉西, 姚彩芳, 庄林, 曹余良, 艾新平 申请人:武汉大学