本發(fā)明涉及硼氫化物水解的催化劑制備領(lǐng)域，具體涉及一種高比表面co-b合金納米片及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)：

能源是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的命脈，隨著全球性常規(guī)能源資源的日益枯竭以及大量利用化石能源帶來(lái)的一系列環(huán)境問題，人類必須尋找可持續(xù)發(fā)展的替代能源，開發(fā)利用清潔、綠色新能源無(wú)疑是最終出路。氫能作為潔凈、理想的二次能源，是當(dāng)前能源科學(xué)界的研究的重中之重，然而，氫的儲(chǔ)存與制備技術(shù)仍然是制約氫能商業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)。硼氫化物水解制氫近年來(lái)受到廣泛關(guān)注，其可以再溫和條件下實(shí)現(xiàn)高純度氫的釋放，而且不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。但硼氫化物的水解受到催化劑的制約，開發(fā)價(jià)格低廉的非貴金屬催化劑成為硼氫化物水解的關(guān)鍵。提高非貴金屬異相催化劑的催化性能是解決問題的關(guān)鍵。在溶液中，異相催化劑的催化效率與其真實(shí)的作用面積直接相關(guān)。如何增加異相催化劑的有效作用面積，使活性物質(zhì)能夠與反應(yīng)物更好的接觸是提高催化性能的一個(gè)重要突破口。因此高比表面co-b合金納米片催化劑的發(fā)明對(duì)高效利用氫能有很重要的意義。

向翠麗、程軍等人的研究表明（xiangcuili,juncheng,zheshe,yongjinzou,hailiangchu,shujunqiu,huanzhizhang,lixiansunandfenxu.rscadv.5,no.1(2015):163-166.）(xiang,cuili,juncheng,zheshe,yongjinzou,hailiangchu,shujunqiu,huanzhizhang,lixiansunandfenxu."fabricationandcharacterizationofanovelnanoporousco–ni–w–bcatalystforrapidhydrogengeneration."rscadv.5,no.1(2015):163-166.)，在乙醇溶液中合成的co-ni-w-b合金納米多孔催化劑的比表面積可以達(dá)到250-300m²g^-1。該技術(shù)制備的四元合金材料存在以下技術(shù)問題：1）合成相對(duì)復(fù)雜；2）比表面積仍然不能滿足應(yīng)用所需的性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種高比表面co-b合金納米片及其制備方法和應(yīng)用。

本發(fā)明的工作原理為：金屬離子在硼氫化物的作用下，被還原出來(lái)，控制反應(yīng)條件，可以得到納米金屬離子。其具體的反應(yīng)原理如下。本發(fā)明采用硼氫化鈉作為還原劑，將co、b從溶液中還原出來(lái)。涉及反應(yīng)方程式包括：

bh^?4+2h2o→bo^?2+4h2↑，

bh^?4+2co²⁺+2h2o→2co+bo2^-+4h⁺+2h2↑，

bh4^-+h2o→b+oh^?+2.5h2↑。

所制備的納米復(fù)合材料同時(shí)又可以作為硼氫化物的水解的催化劑。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

高比表面co-b合金納米片由cocl2和nabh4在乙腈作為溶劑條件下制備而得，其結(jié)構(gòu)為納米片狀結(jié)構(gòu)，其比表面積為300-400m²g^-1。

高比表面co-b合金納米片的制備方法包括以下步驟：

1）以cocl2與乙腈的質(zhì)量比為1:50關(guān)系，取cocl2加入乙腈中，磁力攪拌，記為m溶液；

2）配置0.1-1mol/l的naoh溶液，以cocl2與nabh4的物質(zhì)的量之比為2:1關(guān)系，取nabh4加入naoh溶液中，記為n溶液；

3）將n溶液用堿式滴定管緩慢地向m溶液中滴加，并用磁力攪拌器對(duì)混合溶液進(jìn)行攪拌；

4）滴加完成后，過(guò)濾、洗滌、干燥，研磨，得到高比表面co-b合金納米片的粉末。

高比表面co-b合金納米片作為硼氫化物的水解催化劑的應(yīng)用時(shí)，在常溫常壓下催化nabh4水解放氫速率為1500-2000mlmin^-1g^-1。

本發(fā)明高比表面co-b合金納米片經(jīng)實(shí)驗(yàn)檢測(cè)，結(jié)果如下：

經(jīng)掃描電鏡測(cè)試，可以得到其形貌為納米片狀結(jié)構(gòu)；

經(jīng)bet測(cè)試，可以得到其比表面積為300-400m²g^-1；

經(jīng)催化nabh4水解放氫測(cè)試，可以得到常溫常壓下放氫速率可達(dá)1500-2000mlmin^-1g^-1。

本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1．所制備的co-b合金具有高的比表面積，可以達(dá)到300-400m²g^-1，是常規(guī)方法制備的co-b合金催化的比表面的3-4倍，是水中合成的co-b合金50-100m²g^-1的4倍^[2]，是丙酮中合成的co-b合金100-150m²g^-1的3倍。(cheng,jun,cuilixiang,yongjinzou,hailiangchu,shujunqiu,huanzhizhang,lixiansunandfenxu."highlyactivenanoporousco–b–tio2frameworkforhydrolysisofnabh4."ceramicsinternational41,no.1(2015):899-905)

2.所得到的形貌為納米片狀結(jié)構(gòu)，而常規(guī)方法得到的團(tuán)聚的球狀納米顆粒

3.可催化硼氫化物水解。本發(fā)明高比表面co-b合金納米片材料作為催化劑，提高了催化效率，降低了成本。

4．應(yīng)用效果好。所采用的催化劑分散性能好，能在水解的過(guò)程中，懸浮在溶液中，提高了催化劑與溶液的接觸面積，提高了催化效率，水解放氫的速率可達(dá)1500-2000mlmin^-1g^-1。

5．制備工藝簡(jiǎn)單，產(chǎn)品性能穩(wěn)定。所制備的催化劑制備簡(jiǎn)單，適合大批量的制備。

6．使用方便。將催化劑與反應(yīng)液直接混合即可，而且操作簡(jiǎn)便，重現(xiàn)性好。

附圖說(shuō)明：

圖1為實(shí)施例中乙腈中合成的co-b合金納米片的掃描電鏡圖；

圖2為實(shí)施例中丙酮中合成的co-b合金納米顆粒的掃描電鏡圖；

圖3為實(shí)施例中不同溶劑中合成的co-b合金物理吸附圖；

圖4為實(shí)施例中乙腈中合成的co-b合金納米片催化nabh4水解放氫速率圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明通過(guò)實(shí)施例，結(jié)合說(shuō)明書附圖對(duì)本發(fā)明內(nèi)容作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，但不是對(duì)本發(fā)明的限定。

實(shí)施例

一種高比表面co-b合金納米片的制備方法：

1）取3gcocl2，加入到100ml乙腈中，磁力攪拌，記為m溶液；

2）配置0.1mol/l的naoh溶液20ml，取2gnabh4加入naoh溶液中，記為n溶液；

3）將n溶液用堿式滴定管緩慢地向m溶液中滴加，并用磁力攪拌器對(duì)混合溶液進(jìn)行攪拌；

4）滴加完成后，過(guò)濾、洗滌、干燥，研磨，得到高比表面co-b合金納米片的粉末。

為了驗(yàn)證本實(shí)施例，以乙腈為溶劑制備的高比表面co-b合金納米片的優(yōu)異性能，以下簡(jiǎn)稱為“乙腈中合成的co-b合金納米片”，我們進(jìn)行了空白對(duì)照試驗(yàn)，制備了不同溶劑中合成的co-b合金。

對(duì)比試驗(yàn)樣品——丙酮中合成的co-b合金納米顆粒的制備方法，具體步驟未特別說(shuō)明的步驟與本實(shí)施例上述高比表面co-b合金納米片的制備方法相同，不同之處在于：將步驟1）所述乙腈換成丙酮。最終得到丙酮中合成的co-b合金納米顆粒。

對(duì)上述實(shí)施例制備的乙腈中合成的co-b合金納米片和丙酮中合成co-b合金納米顆粒進(jìn)行掃描電鏡檢測(cè)，結(jié)果如圖1和圖2所示，乙腈中合成的co-b合金納米片的微觀結(jié)構(gòu)呈片狀結(jié)構(gòu)，而丙酮中合成的co-b合金納米顆粒是呈多孔的納米顆粒結(jié)構(gòu)。

對(duì)上述實(shí)施例制備的乙腈中合成的co-b合金納米片和丙酮中合成co-b合金納米顆粒進(jìn)行氮?dú)獾奈锢砦綔y(cè)試，吸附、脫附溫度為77k，在測(cè)試之前，真空下180℃預(yù)處理6h，升溫速率為5℃/min，測(cè)試結(jié)果如圖3所示，乙腈中合成的co-b合金納米片的比表面積高達(dá)364m²g^-1，而丙酮中合成co-b合金納米顆粒的比表面積僅為118m²g^-1。

上述實(shí)施例制備的乙腈中合成的co-b合金納米片催化nabh4水解放氫性能測(cè)試，將的不同質(zhì)量的乙腈中合成的co-b合金納米片分散到0.1mnabh4的1%naoh溶液中，密封，通過(guò)恒溫水浴控制溶液的溫度，將產(chǎn)生的氫氣通過(guò)排水法收集，記錄單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的氫氣的體積，得到放氫的速率，測(cè)試結(jié)果如圖4所示，放氫速率可以達(dá)到2034mlmin^-1g^-1。