一种六边形纳米片四氧化三钴-氮化钴复合材料的制备方法及其在催化氨硼烷水解产氢中的应用

本发明属于催化制氢领域，尤其涉及一种六边形纳米片四氧化三钴-氮化钴复合材料的制备方法及其在催化氨硼烷水解产氢中的应用。

背景技术：

1、大量使用传统化石能源引发了能源危机以及造成了各种环境问题，因此开发可再生绿色能源具有极为重要的意义。氢气，作为一种洁净的新能源，受到了广泛的关注。利用储氢材料快速释放氢气是近年来氢能领域的研究热点之一。在众多的储氢材料中，氨硼烷(nh3bh3，简称ab)具有氢含量高、燃烧释放热能高且无co2排放，引起了学者的广泛研究兴趣。氨硼烷通过水解反应，可以释放出氢气。但是该反应必需加入合适的催化剂才可以进行，因此研制具有价格优势的高性能催化剂是实现氨硼烷水解制氢的关键。研究表明：贵金属是氨硼烷制氢反应的良好催化剂，但由于价格昂贵，不利于其大规模应用。近年来，非贵金属催化剂由于价格优势，吸引学者的广泛研究兴趣。开发高效、廉价非贵金属催化剂意义重大。

2、过去的研究表明co3o4可以催化氨硼烷水解释放出氢气，具有不错的催化性能，引起了科研人员的广泛关注。但co3o4催化氨硼烷水解释放氢气存在一定的诱导期，导致了反应初期反应速率较为缓慢，阻碍了反应的快速进行。因此，设法降低反应诱导期对于提升催化性能具有重要意义。不少研究表明通过构筑异质结，可以产生协同促进作用，有望达到降低反应初期诱导期。过渡金属氮化物，如氮化钴con等因其具有良好的导电性，在各类催化反应表现出一定的催化活性。前期的预研究结果显示一元的氮化钴、四氧化三钴的催化活性仍然较低，通过在两者之间建立异质结，有望产生明显的协同效应，促进反应速率。

3、因此，研发一种产品纯度高的四氧化三钴-氮化钴的二元氮化物复合物的方法，利用四氧化三钴-氮化钴的界面效应协同增效催化氨硼烷水解制氢性能，是本发明的所致力于解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种六边形纳米片四氧化三钴-氮化钴复合材料的制备方法。本发明具有合成方法简单、条件温和，得到的四氧化三钴-氮化钴目标产物分散均匀、形貌规整等优点。

2、本申请发明人发现将四氧化三钴和氮化钴复合成四氧化三钴-氮化钴复合物用于催化反应，可以产生协同催化效应，增强反应活性，因此研发一种制备过程简便、成本低廉、产品性能优良的能够应用于工业化生产四氧化三钴-氮化钴复合物的方法是本发明致力解决的问题。

3、为解决上述的技术问题，本发明采用如下的技术方案：一种六边形纳米片四氧化三钴-氮化钴复合材料的制备方法，包括以下步骤：

4、(1)、将可溶性钴盐溶于超纯水中，配置成混合盐溶液a；

5、(2)、将络合剂柠檬酸三钠溶于超纯水配置成为b溶液；

6、(3)、在磁力搅拌下将b溶液缓慢滴加到a溶液中形成c溶液；

7、(4)、缓慢向c溶液滴加碱性溶液；所述碱性溶液选自尿素、氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、六次甲基四胺中的一种或多种；

8、(5)、转移至反应釜，100～180℃反应6～12h，过滤洗涤，收集产品，烘干；

9、(6)、将样品置于马弗炉中350℃煅烧2h，反应结束，收集样品；

10、(7)、以尿素为氨源，将步骤(6)中的样品放置于管式炉上游，在300～400℃氮气气氛下煅烧0.1～5h进行部分氮化处理。

11、优选的，步骤(1)中所述可溶性钴盐选自四水乙酸钴、六水硫酸钴、六水硝酸钴、六水氯化钴中的一种或多种。

12、优选的，步骤(2)所加入的络合剂柠檬酸三钠的用量为金属离子的0.5～4倍。

13、优选的，步骤(4)中所加入的碱的物质的量为金属离子的10～50倍。

14、本发明还公开了利用上述方法制得的六边形四氧化三钴-氮化钴复合材料在催化氨硼烷水解产氢上的应用。

15、综上所述，本发明的制备方法具有以下有益效果：

16、1.本发明制备方法简单，选用柠檬酸三钠作为络合剂，精准调控合成过程反应速率，合成出规则的六边形纳米片结构，且分散良好。

17、2.通过对氮化时间进行精准调配，能够获得具有不同配比的四氧化三钴-氮化钴复合催化剂。

18、3.本发明制备的六边形四氧化三钴-氮化钴复合材料，具有明显的界面效应，在催化氨硼烷水解产氢方面表现协同增效催化性能。

19、4.本发明采用简单的水热合成法和分步煅烧，部分氮化处理，成功制备出六边形四氧化三钴-氮化钴复合材料。此过程通过调控氮化时间，可以有效实现目标产品中四氧化三钴和氮化钴配比的设定。整个制备过程操作简单，环境友好，实验重现性非常好，成本低、易于工业化生产，可规模化生产六边形四氧化三钴-氮化钴复合材料。

技术特征：

1.一种六边形纳米片四氧化三钴-氮化钴复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种六边形纳米片四氧化三钴-氮化钴复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述可溶性钴盐选自四水乙酸钴、六水硫酸钴、六水硝酸钴、六水氯化钴中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的一种六边形纳米片四氧化三钴-氮化钴复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述络合剂柠檬酸三钠的用量为金属离子的0.5～4倍。

4.根据权利要求1所述的一种六边形纳米片四氧化三钴-氮化钴复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所加入的碱的物质的量为金属离子的10～50倍。

5.一种纳米片四氧化三钴-氮化钴复合材料，其特征在于：如权利要求1-4任一项所述方法所制得。

6.如权利要求5所述的纳米片四氧化三钴-氮化钴复合材料作为催化剂在催化氨硼烷水解产氢中的应用。

技术总结
本发明公开了六边形纳米片四氧化三钴‑氮化钴复合材料的制备方法，包括：(1)、将可溶性钴盐溶于超纯水中，配置成混合盐溶液A；(2)、将络合剂柠檬酸三钠溶于超纯水配置成为B溶液；(3)、在磁力搅拌下将B溶液缓慢滴加到A溶液中形成C溶液；(4)、缓慢向C溶液滴加碱性溶液；(5)、转移至反应釜，100～180℃反应6～12h，过滤洗涤，收集产品，烘干；(6)、将样品置于马弗炉中350℃煅烧2h，反应结束，收集样品；(7)、以尿素为氨源，将(6)中样品放置于管式炉上游，在300～400℃氮气气氛下煅烧0.1～5h进行部分氮化处理。本发明采用简单的水热合成法和后煅烧氮化处理，成功制备出六边形四氧化三钴‑氮化钴复合材料。

技术研发人员：冯裕发,黄佳彤,韩锐,王浩,董毕菲,廖莞营,林定珠,王慧泽,廖锦云,李浩
受保护的技术使用者：惠州学院
技术研发日：
技术公布日：2024/4/29