过渡金属离子辅助Pd/CNS纳米催化剂催化甲酸钠制氢的方法

本发明涉及不同过渡金属离子辅助pd/cns纳米催化剂催化甲酸钠制氢，属于能源材料领域。

背景技术：

1、储氢材料由于其优越的氢密度、适中且安全的反应条件、优异的储存和运输能力以及不易燃和无毒的特性，储氢材料水解后的h2制出是在大气条件下产生纯h2最有希望的过程之一。因此，氢气，因其超高的能量密度和零污染而被广泛认为是一种清洁可再生的能源载体，是未来能源供应中最有希望的传统化石燃料替代品。

2、甲酸钠作为生产甲酸、草酸和保险粉等物质的主要原材料，在此，本发明提供了不同过度金属离子辅助pd/cns纳米催化剂催化甲酸钠制氢的方法，以pd/cns作为催化剂，可以在不同过度金属离子辅助的作用下高效催化甲酸钠高效分解制氢。

技术实现思路

1、针对上述技术问题，本发明提供一种不同过渡金属离子辅助pd/cns纳米催化剂作用下催化甲酸钠制氢的方法。

2、为了实现上述目的本发明采用一下具体技术方案：

3、过渡金属离子辅助pd/cns纳米催化剂催化甲酸钠制氢的方法，通过在多孔碳材料载体上负载金属pd纳米颗粒得到pd/c催化剂，然后在过渡金属离子的存在下辅助催化甲酸钠分解制备氢气。

4、所述的过渡金属离子包括fe3+、co2+、ni2+、zn2+、cu2+中的任意一种。

5、所述的甲酸钠溶液浓度为0.5-2.0mmol/ml；

6、所述的pd/cns纳米催化剂的量2％mmol；

7、fe3+、co2+、ni2+、zn2+、cu2+中的任意一种的离子浓度为0.1mmol/ml-3.0mmol/ml。

8、作为优选方案，所述的甲酸钠溶液浓度为1.0mmol/ml；

9、fe3+、co2+、ni2+、zn2+、cu2+中的任意一种的离子浓度为0.5mmol/ml、1.0mmol/ml、1.5mmol/ml、2.0mmol/ml中的任意一种。

10、所述的pd/cns纳米催化剂的制备方法如下：

11、步骤1：将适量盐酸多巴胺固体溶解在乙醇和去离子水的混合溶液中，充分搅拌至完全溶解；

12、步骤2：向步骤1中加入浓氨水溶液，搅拌形成均匀溶液；

13、步骤3：向步骤2中的均匀溶液中注入甲醛溶液，在磁力搅拌器作用下室温搅拌反应；

14、步骤4：将步骤3反应后的溶液经离心、水洗、真空干燥后研磨成粉末，得到多孔碳材料前驱体；

15、步骤5：将步骤4中获得的多孔碳材料前驱体在空气中以一定的升温速率加热至适当温度进行煅烧碳化，即可得到cns多孔碳材料。

16、步骤6：取适量步骤5中cns多孔碳材料分散在去离子水中并加入适量的k2pdcl4水溶液，超声分散，得到均匀分散的混合溶液a；

17、步骤7：将硼氢化钠作为还原剂滴加到步骤6所述的混合溶液a中，室温搅拌还原得到混合溶液b；

18、步骤8：将步骤7中所述的混合溶液b，离心、水洗得到pd/nsc纳米催化剂。

19、步骤1中，所述的盐酸多巴胺固体、乙醇与水的质量比为1:40：120；步骤2中，所述的浓氨水溶液的质量分数为25-28％；步骤3中，所述甲醛溶液的质量分数为35-37％。

20、步骤5中，所述的煅烧碳化温度为500℃-1200℃；煅烧碳化温度升温速率为5℃/min。

21、步骤6中，所述的k2pdcl4水溶液的浓度为0.01-0.08mmol/ml。

22、步骤7中，所述的还原剂硼氢化钠与k2pdcl4水溶液中pd2+金属离子的物质的量的比为5-15:1。

23、过渡金属离子辅助pd/cns纳米催化剂催化甲酸钠制氢的方法中，配制一定浓度的甲酸钠溶液以及配制不同浓度的fe2(so4)3、coso4、niso4、znso4、cuso4溶液的任意一种。

24、在10ml的反应器中将制备的pd/cns催化剂分散于去离子水中，然后将反应器密封并置于60-70℃水浴锅中磁力搅拌；

25、向反应器快速注入甲酸钠溶液，同时开始计时，反应1min后，向反应器缓慢注射配制的金属离子溶液，每间隔30s记录对应时间下的气体体积。

26、本发明所述的不同过渡金属离子辅助pd/cns纳米催化剂作用下催化甲酸钠制氢的方法。该催化剂具有高效的催化活性，合成方法简单等优点。

27、甲酸钠分解解制氢的方程式(eq.1)为：

28、hcoona+h2o→naoh+co2↑+h2↑在催化甲酸钠分解制氢的应用中，具有高的催化选择性，反应初始的tof值可以通过一下公式计算：

29、

30、其中t＝2min，v(gas)为甲酸钠分解反应2分钟时产生的气体体积。

技术特征：

1.过渡金属离子辅助pd/cns纳米催化剂催化甲酸钠制氢的方法，其特征在于，通过在多孔碳材料载体上负载金属pd纳米颗粒得到pd/c催化剂，然后在过渡金属离子的存在下辅助催化甲酸钠分解制备氢气。

2.根据权利要求1所述的过渡金属离子辅助pd/cns纳米催化剂催化甲酸钠制氢的方法，其特征在于，所述的过渡金属离子包括fe3+、co2+、ni2+、zn2+、cu2+中的任意一种。

3.根据权利要求1所述的过渡金属离子辅助pd/cns纳米催化剂催化甲酸钠制氢的方法，其特征在于，所述的甲酸钠溶液浓度为0.5-2.0mmol/ml；

4.根据权利要求3所述的过渡金属离子辅助pd/cns纳米催化剂催化甲酸钠制氢的方法，其特征在于，所述的甲酸钠溶液浓度为1.0mmol/ml；

5.根据权利要求1所述的过渡金属离子辅助pd/cns纳米催化剂催化甲酸钠制氢的方法，其特征在于，pd/cns纳米催化剂的制备方法如下：

6.根据权利要求5所述的过渡金属离子辅助pd/cns纳米催化剂催化甲酸钠制氢的方法，其特征在于，步骤1中，所述的盐酸多巴胺固体、乙醇与水的质量比为1:40：120；步骤2中，所述的浓氨水溶液的质量分数为25-28%；步骤3中，所述甲醛溶液的质量分数为35-37%。

7.根据权利要求5所述的过渡金属离子辅助pd/cns纳米催化剂催化甲酸钠制氢的方法，其特征在于，步骤5中，所述的煅烧碳化温度为500℃-1200℃；煅烧碳化温度升温速率为5 ℃/min。

8.根据权利要求5所述的过渡金属离子辅助pd/cns纳米催化剂催化甲酸钠制氢的方法，其特征在于，步骤6中，所述的k2pdcl4水溶液的浓度为0.01-0.08 mmol/ml。

9.根据权利要求5所述的过渡金属离子辅助pd/cns纳米催化剂催化甲酸钠制氢的方法，其特征在于，步骤7中，所述的还原剂硼氢化钠与k2pdcl4水溶液中pd2+金属离子的物质的量的比为5-15:1。

技术总结
本发明提供了一种过渡金属离子辅助Pd/CNS纳米催化剂催化甲酸钠制氢的方法，通过一锅法制备了多孔碳纳米球前驱体，再通过高温煅烧获得多孔碳纳米球，随后使用还原剂硼氢化钠原位还原Pd<supgt;2+</supgt;金属离子，制备了多孔碳纳米球负载金属Pd纳米催化剂，并将其应用在不同过度金属离子辅助条件下催化甲酸钠（NaCOOH）水解制氢中，其催化甲酸（NaCOOH）水解制氢中气体转换频率值（TOF）达到了1913.2（mol(H<subgt;2</subgt;+CO<subgt;2</subgt;)·mol<subgt;Pd</subgt;<supgt;‑1</supgt;·h<supgt;‑1</supgt;）。本发明技术方案得到的纳米催化剂具有生产工艺简单，制备反应条件要求低且对甲酸钠具有优异的催化活性。

技术研发人员：刘湘,李秋焰,黄文凯,许富花
受保护的技术使用者：三峡大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14