一种硼氢化物水解制氢三元合金催化剂Fe-Co-Ni及制备方法

一种硼氢化物水解制氢三元合金催化剂fe-co-ni及制备方法
技术领域
1.本发明涉及一种催化剂及其制备方法与应用，更具体地，涉及一种三元合金催化剂fe-co-ni及其制备方法与应用。


背景技术：

2.随着全球人口的日益增长，环境不断恶化，资源日益短缺等问题逐渐暴露出来，这就促进了氢能源研究的迅猛发展。氢能是一种更为高效、无污染的能源，开发氢能一方面可以解决环境污染、能源危机等日渐严重的问题，另一方面加大氢能源的开发，可以促进本国经济发展,为未来打下坚实基础。在制氢过程中硼氢化钠水解技术是常用的一种方式，硼氢化钠水解公式为：但是目前用于硼氢化钠水解制氢且具有良好催化效率的催化剂绝大多数都为材料昂贵的稀有金属，贵金属成本高、储量少，然而非贵金属结合力小，易脱落，而非贵过渡金属虽成本低、易获取，但反应能量较高，催化效率低，因此开发出一种低价、高效、的催化剂十分必要。与其他电镀方法相比，喷射电沉积法制备工艺简单快速，能够在短时间内将金属电镀到载体上，也可自主选择电镀位置及镀层厚度，镀液从静止状态变为流动状态，改善了镀液静止状态下电沉积过程中存在的诸多问题。通过调节电流密度、喷射速度、电镀时间等因素改变催化剂的形貌结构与催化性能，喷射还能提高金属离子的传质，制备出的催化剂结合力要更好。


技术实现要素：

7.针对各类产氢催化剂成本昂贵，效率低的问题，本发明提出了一种应用于硼氢化钠产氢的高效三元合金催化剂fe-co-ni的制备方法与应用，该催化剂反应能量低、催化效率高、结合力好、成本低。
8.实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
9.一种用作硼氢化物水解制氢的三元合金催化剂fe-co-ni，制备方法包括以下步骤：1)对载体进行预处理，去除表面油污及杂质；2)对载体进行酸处理和阳极氧化；3)分别配置含有过渡金属元素溶液、硼酸溶液和柠檬酸三钠溶液；4)经过预处理的载体作为阴极，过渡金属元素溶液、硼酸溶液和柠檬酸三钠溶液分别通入烧杯中形成混合镀液，采用定制石墨块作为镀液喷嘴，并作阳极，利用喷射电沉积法在载体上电镀三元合金催化剂fe-co-ni。
10.作为本发明的进一步改进，所述三元合金催化剂fe-co-ni，制备步骤1中载体的处理为浸入含有0.5mol/l的硫酸溶液的烧杯中，超声震荡5min去除表面油分；接着将载体浸入无水乙醇中，超声震荡2min去除表面有机物；最后放入去离子水中，超声震荡10 min去除
其他的杂质。
11.作为本发明的进一步改进，所述三元合金催化剂fe-co-ni，制备步骤并2中载体的处理为在90℃、浓度为0.5mol/l的硫酸中恒温加热10min，随后加电源在0.5mol/l的硫酸中进行10min的阳极氧化。
12.作为本发明的进一步改进，所述三元合金催化剂fe-co-ni，制备方式为喷射电沉积。
13.作为本发明的进一步改进，所述三元合金催化剂fe-co-ni，载体为泡沫铜、铜片、泡沫镍、泡沫铜、不锈钢、镍板中的一种，所述三过渡金属元素为ni、co、fe、mo中的任意三种。
14.作为本发明的进一步改进，所述三元合金催化剂fe-co-ni，包括载体和负载在载体上的fe-co-ni合金。fe-co-ni合金中fe原子掺杂含量为0.1mol/l，co原子掺杂含量为0.1 mol/l，ni原子掺杂含量为0.08mol/l，硼酸的浓度为0.5mol/l，柠檬酸三钠的浓度为 12.5g/l。
15.作为本发明的进一步改进，所述三元合金催化剂fe-co-ni，制备步骤4中喷射电沉积法的参数：电镀时间为3s，镀液流速为0.4ml/s，电源电压为3v，混合镀液ph为5，喷嘴与载体距离为1mm，混合镀液温度为25℃。
16.作为本发明的进一步改进，所述三元合金催化剂fe-co-ni，微观形貌为负载成对纳米圆片的微米球，晶格间距为0.37nm。
17.作为本发明的进一步改进，所述三元合金催化剂fe-co-ni，能够高效应用于硼氢化钠制氢体系。
18.作为本发明的进一步改进，所述三元合金催化剂fe-co-ni，应用于硼氢化钠产氢体系的水解测试方法如下：首先配置硼氢化钠溶液：称取0.2gnaoh、0.5gnabh4加入到 10ml超纯水当中搅拌均匀，即配即用。接着将三元合金催化剂fe-co-ni放置于盛有硼氢化钠溶液的三口烧瓶中，置于40℃恒温水箱中产氢，并利用排水法收集氢气，记录时间。
19.作为本发明的进一步改进，所述三元合金催化剂fe-co-ni，喷射电沉积的机理如下：打开电源开关后，电解液由阳极高速喷射至阴极，在电解液覆盖区域，阴极与阳极构成电流回路产生电沉积，其他区域不产生沉积，在镀液当中产生电场，金属阳离子向阴极移动并附着，在阴极周围得到电子发生还原反应形成，从而形成镀层，喷嘴可选择性移动并直接成形。能够高效应用于硼氢化钠制氢体系。
20.本发明与现有技术相比，其显著优点是：易控制，反应能量低，催化活性高，结合力好；制备方法简单、合成原料储量丰富、成本低。
附图说明
18.图1为feconi三元合金催化剂制备装置图；图2为feconi三元合金催化剂微观形貌表征(sem、eds、xrd、hrtem)；图3为feconi、feco、feni、coni合金催化剂产氢速率对比柱状图；图4为feconi三元合金催化剂性能测试装置图。
0.10mol/l、0.10mol/l、0.50mol/l、12.5g/l；电镀参数为电镀时间为3s，混合镀液ph 为5，喷嘴与载体距离为1mm，混合镀液温度为25℃，得到fe-co-ni合金催化剂。
30.由图2a可以看到催化剂呈“花椰菜”形状。颗粒聚集在一起发生团聚现象，负载在海绵镍上的fe-co-ni颗粒可增加催化剂的比表面积。图2b可看出催化剂主要由fe、co、ni 元素构成，由于镀液中也含有作为缓冲剂的硼酸，因此在三元合金催化剂fe-co-ni中也存在少量的b元素。图2d可看出三元合金催化剂fe-co-ni的晶格间距为0.37nm。相较于对比例1-3中feco、feni、coni催化剂，实施例1中制备的feconi催化剂性能最优，产氢速率高达245.65ml/min。对比例4-8所制得的三元合金催化剂fe-co-ni结合力不及实施例1 所得三元合金催化剂fe-co-ni好。
31.以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。


技术特征：
1.一种用作硼氢化物水解制氢的三元合金催化剂fe-co-ni，其特征在于，制备方法包括以下步骤：1)对载体进行预处理，去除表面油污及杂质；2)对载体进行酸处理和阳极氧化；3)分别配置含有过渡金属元素溶液、硼酸溶液和柠檬酸三钠溶液；4)经过预处理的载体作为阴极，过渡金属元素溶液、硼酸溶液和柠檬酸三钠溶液分别通入烧杯中形成混合镀液，采用定制石墨块作为镀液喷嘴，并作阳极，利用喷射电沉积法在载体上电镀三元合金催化剂fe-co-ni。2.根据权利要求1所述的三元合金催化剂fe-co-ni，其特征在于：所述步骤1中载体的处理为浸入含有0.5mol/l的硫酸溶液的烧杯中，超声震荡5min去除表面油分；接着将载体浸入无水乙醇中，超声震荡2min去除表面有机物；最后放入去离子水中，超声震荡10min去除其他的杂质。3.根据权利要求1所述的三元合金催化剂fe-co-ni，其特征在于：所述步骤2中载体的处理为在90℃、浓度为0.5mol/l的硫酸中恒温加热10min，随后加电源在0.5mol/l的硫酸中进行10min的阳极氧化。4.根据权利要求1所述的三元合金催化剂fe-co-ni，其特征在于：制备方式为喷射电沉积。5.根据权利要求1所述的三元合金催化剂fe-co-ni，其特征在于：所述载体为泡沫铜、铜片、泡沫镍、泡沫铜、不锈钢、镍板中的一种，所述三过渡金属元素为ni、co、fe、mo中的任意三种。6.根据权利要求1所述的三元合金催化剂fe-co-ni，其特征在于：包括载体和负载在载体上的fe-co-ni合金，所述fe-co-ni合金中fe原子掺杂含量为0.1mol/l，co原子掺杂含量为0.1mol/l，ni原子掺杂含量为0.08mol/l，硼酸的浓度为0.5mol/l，柠檬酸三钠的浓度为12.5g/l。7.根据权利要求1所述的三元合金催化剂fe-co-ni，其特征在于：所述步骤4中喷射电沉积法的参数：电镀时间为3s，镀液流速为0.4ml/s，电源电压为3v，混合镀液ph为5，喷嘴与载体距离为1mm，混合镀液温度为25℃。8.一种根据权利要求1所述的三元合金催化剂fe-co-ni，其特征在于：所述三元合金催化剂fe-co-ni微观形貌为负载成对纳米圆片的微米球，晶格间距为0.37nm。9.一种根据权利要求1所述的三元合金催化剂fe-co-ni，其特征在于：能够高效应用于硼氢化钠制氢体系。10.一种根据权利要求1所述的三元合金催化剂fe-co-ni，其特征在于：硼氢化钠产氢体系的水解测试方法如下：首先配置硼氢化钠溶液：称取0.2gnaoh、0.5gnabh4加入到10ml超纯水当中搅拌均匀，即配即用。接着将三元合金催化剂fe-co-ni放置于盛有硼氢化钠溶液的三口烧瓶中，置于40℃恒温水箱中产氢，并利用排水法收集氢气，记录时间。

技术总结
本发明公开了一种硼氢化物水解制氢三元合金催化剂Fe-Co-Ni及制备方法，该催化剂包括载体和负载在载体上的Fe、Co、Ni过渡金属，Fe-Co-Ni合金中Fe原子掺杂含量为0.1mol/L，Co原子掺杂含量为0.1mol/L，Ni原子掺杂含量为0.08mol/L；该催化剂的制备方法，包括以下步骤：(1)对载体进行预处理；(2)对载体进行酸处理和阳极氧化；(3)分别配置含有过渡金属元素溶液、硼酸溶液和柠檬酸三钠溶液；(4)加电源将载体作为阴极、镀液喷嘴作为阳极，利用喷射电沉积法在载体上电镀三元合金催化剂Fe-Co-Ni，能够作为催化剂应用在硼氢化钠水解制氢中，制备方法简单、合成原料储量丰富、成本低、催化剂结合力好。结合力好。结合力好。


技术研发人员：魏永生 司司 付文英 卡盖
受保护的技术使用者：江苏师范大学
技术研发日：2022.06.02
技术公布日：2022/9/2