本發(fā)明屬于儲(chǔ)/制氫材料水解制氫，尤其涉及一種r-co2b-mob2硼氫化鈉水解制氫催化劑及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、氫氣(h2)是一種高能量密度、清潔、零碳排放和可持續(xù)的能源，被認(rèn)為是在21世紀(jì)中削弱對(duì)傳統(tǒng)化石燃料依賴的有希望的候選者。如何實(shí)現(xiàn)可控、高效、安全的儲(chǔ)氫和制氫技術(shù)是實(shí)現(xiàn)基于燃料電池的氫經(jīng)濟(jì)的主要挑戰(zhàn)。經(jīng)過大量研究可知，化學(xué)儲(chǔ)氫材料可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)安全儲(chǔ)氫和可控制氫，且較為高效，因此催化儲(chǔ)氫材料制氫技術(shù)的發(fā)展成為目前研究的重要方向。在各種化學(xué)儲(chǔ)氫材料中，硼氫化鈉(nabh4)因其h2含量充足(10.6wt.％)、在堿性溶液中穩(wěn)定性好、無毒等特性而備受關(guān)注。但nabh4自水解速度緩慢，動(dòng)力學(xué)遲緩。然而在適當(dāng)?shù)拇呋饔孟?，nabh4能在室溫下快速完全釋放出所有h2到目前為止，許多貴金屬(ru、pt)催化劑已被報(bào)道在nabh4水解中表現(xiàn)出高活性。此外，各種各樣的非貴金屬催化劑，特別是將非貴金屬與其他元素結(jié)合，也被認(rèn)為是構(gòu)建高活性催化劑的重要策略。其中，過渡金屬硼化物(tmbs)具有類似金屬的電子結(jié)構(gòu)，豐富的成鍵方案、多樣的組成、晶體結(jié)構(gòu)和可用的電子態(tài)，因此被認(rèn)為是nabh4水解催化劑的理想候選者。例如，co基硼化物的活性位點(diǎn)已被很好地確定，即在co-b存在的情況下，nabh4水解可快速生成氫氣。

2、然而，貴金屬催化劑價(jià)格昂貴，限制了它們?cè)诖呋饸浠c水解制氫中的大規(guī)模應(yīng)用，且單金屬co-b催化劑缺乏金屬間的協(xié)同作用，也表現(xiàn)出較差的催化活性。此外，由于在合成co-b的過程中涉及高表面能和磁團(tuán)聚性質(zhì)，因此所制備的co-b會(huì)發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象，這種團(tuán)聚減少了催化劑活性位點(diǎn)的數(shù)量，抑制了催化活性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)上述技術(shù)問題，本發(fā)明設(shè)計(jì)一種經(jīng)濟(jì)、高性能、資源豐富且可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用的催化劑來驅(qū)動(dòng)nabh4水解析氫，提出了一種r-co2b-mob2硼氫化鈉水解制氫催化劑及其制備方法，以解決貴金屬催化劑價(jià)格昂貴、不能大規(guī)模應(yīng)用以及單金屬co-b催化劑由于缺乏金屬間的協(xié)同作用、易發(fā)生團(tuán)聚而導(dǎo)致催化活性差的問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種r-co2b-mob2硼氫化鈉水解制氫催化劑的制備方法，以鈷源和鉬源為起始原料通過化學(xué)共沉淀、浸漬后獲得cmo-co2+前驅(qū)體，再利用硼氫化鈉還原法合成具有棒狀結(jié)構(gòu)和豐富co空位的r-co2b-mob2納米復(fù)合材料。

4、進(jìn)一步地，所述化學(xué)共沉淀具體步驟如下：將鈷源和鉬源分別分散于水中形成均勻溶液，兩溶液混合后加熱反應(yīng)得到cmo納米棒。

5、更進(jìn)一步地，所述鈷源是cocl2·6h2o；所述鉬源是na2moo4·2h2o；所述加熱反應(yīng)是在70℃水浴下攪拌2h。

6、更進(jìn)一步地，所述鈷源和鉬源的摩爾比為1∶1。

7、進(jìn)一步地，所述浸漬具體步驟如下：將鈷源和cmo納米棒共同浸入有機(jī)溶劑中，攪拌使有機(jī)溶劑揮發(fā)，將鈷源負(fù)載到cmo納米棒上，得到cmo/co2+前驅(qū)體。

8、進(jìn)一步地，所述有機(jī)溶劑為丙酮；所述cmo納米棒和鈷源的質(zhì)量比為1∶(1-4)。

9、進(jìn)一步地，所述硼氫化鈉還原法具體步驟如下：將cmo/co2+前驅(qū)體、尿素和氯化鈉進(jìn)行研磨，然后用硼氫化鈉粉末還原，得到r-co2b-mob2復(fù)合材料。

10、進(jìn)一步地，所述cmo/co2+前驅(qū)體、尿素、氯化鈉和硼氫化鈉粉的質(zhì)量比為0.05∶1∶1∶(0.1-0.3)。

11、本發(fā)明還提供一種利用上述制備方法制備得到的r-co2b-mob2納米復(fù)合材料。

12、本發(fā)明還提供一種所述r-co2b-mob2納米復(fù)合材料在硼氫化鈉水解制氫中的應(yīng)用。

13、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)和技術(shù)效果：

14、(1)本發(fā)明利用簡單的化學(xué)共沉淀、浸漬和硼氫化鈉還原法成功合成了具有棒狀結(jié)構(gòu)和豐富co空位的非貴金屬r-co2b-mob2催化劑。本發(fā)明引入納米棒狀的鉬酸鈷作為載體，減少了co-b的團(tuán)聚，暴露了更多的活性位點(diǎn)，提高了催化活性。同時(shí)作為載體的鉬酸鈷不僅具有進(jìn)一步結(jié)構(gòu)修飾的能力，還可以提供鉬源，解決了單一金屬缺乏金屬間協(xié)同作用的技術(shù)問題。

15、(2)本發(fā)明利用強(qiáng)還原劑硼氫化鈉進(jìn)行還原，在還原過程中引入了co空位。co空位作為電子結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)劑，優(yōu)化了co2b和mob2之間耦合強(qiáng)度，使得co2b和mob2之間的協(xié)同作用增強(qiáng)，有效地促進(jìn)了對(duì)bh4-和h2o的吸附和解離，從而大大提高了催化劑的催化活性。

16、(3)該催化劑在堿性硼氫化鈉水溶液中表現(xiàn)出優(yōu)異的催化活性，其析氫速率可達(dá)到7364.3ml?min-1g-1，此優(yōu)異的催化活性可與貴金屬基催化劑相媲美，因此解決了貴金屬催化劑價(jià)格昂貴不能大規(guī)模應(yīng)用的技術(shù)問題。

技術(shù)特征：

1.一種r-co2b-mob2硼氫化鈉水解制氫催化劑的制備方法，其特征在于，以鈷源和鉬源為起始原料通過化學(xué)共沉淀、浸漬后獲得cmo-co2+前驅(qū)體，再利用硼氫化鈉還原法合成具有棒狀結(jié)構(gòu)和豐富co空位的r-co2b-mob2納米復(fù)合材料。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的r-co2b-mob2硼氫化鈉水解制氫催化劑的制備方法，其特征在于，所述化學(xué)共沉淀的具體步驟如下：將鈷源和鉬源分別分散于水中形成均勻溶液，兩溶液混合后加熱反應(yīng)得到cmo納米棒。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的r-co2b-mob2硼氫化鈉水解制氫催化劑的制備方法，其特征在于，所述鈷源是cocl2·6h2o；所述鉬源是na2moo4·2h2o；所述加熱反應(yīng)是在70℃水浴下攪拌2h。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的r-co2b-mob2硼氫化鈉水解制氫催化劑的制備方法，其特征在于，所述鈷源和鉬源的摩爾比為1∶1。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的r-co2b-mob2硼氫化鈉水解制氫催化劑的制備方法，其特征在于，所述浸漬的具體步驟如下：將鈷源和cmo納米棒共同浸入有機(jī)溶劑中，攪拌使有機(jī)溶劑揮發(fā)，將鈷源負(fù)載到所述cmo納米棒上，得到cmo/co2+前驅(qū)體。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的r-co2b-mob2硼氫化鈉水解制氫催化劑的制備方法，其特征在于，所述有機(jī)溶劑為丙酮；所述cmo納米棒和鈷源的質(zhì)量比為1∶(1-4)。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的r-co2b-mob2硼氫化鈉水解制氫催化劑的制備方法，其特征在于，所述硼氫化鈉還原法的具體步驟如下：將cmo/co2+前驅(qū)體、尿素和氯化鈉進(jìn)行研磨，然后用硼氫化鈉粉末還原，得到r-co2b-mob2復(fù)合材料。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的r-co2b-mob2硼氫化鈉水解制氫催化劑的制備方法，其特征在于，所述cmo/co2+前驅(qū)體、尿素、氯化鈉和硼氫化鈉粉的質(zhì)量比為0.05∶1∶1∶(0.1-0.3)。

9.一種如權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的制備方法制備得到的r-co2b-mob2納米復(fù)合材料。

10.一種如權(quán)利要求9所述的r-co2b-mob2納米復(fù)合材料在硼氫化鈉水解制氫中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種R?Co<subgt;2</subgt;B?MoB<subgt;2</subgt;硼氫化鈉水解制氫催化劑及其制備方法，屬于儲(chǔ)/制氫材料水解制氫技術(shù)領(lǐng)域，本發(fā)明以鈷源和鉬源為起始原料通過化學(xué)共沉淀、浸漬后獲得CMO?Co<supgt;2+</supgt;前驅(qū)體，再利用硼氫化鈉還原法合成具有棒狀結(jié)構(gòu)和豐富Co空位的R?Co<subgt;2</subgt;B?MoB<subgt;2</subgt;納米復(fù)合材料。該催化劑在堿性硼氫化鈉水溶液中表現(xiàn)出優(yōu)異的催化活性，其析氫速率可高達(dá)7364.3mLmin<supgt;?1</supgt;g<supgt;?1</supgt;。

技術(shù)研發(fā)人員：楊秀林,石路巖,朱可
受保護(hù)的技術(shù)使用者：廣西師范大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19