一种石墨烯负载Ni-MOF储氢催化剂、其制备方法和应用与流程

本发明属于储氢催化剂，具体为一种石墨烯负载ni-mof储氢催化剂、其制备方法和应用。

背景技术：

1、随着能源危机和环境污染问题的日益突显，人们对清洁、可再生能源的需求越来越迫切。储氢是实现氢能应用的核心步骤。mgh2化合物由于其高储氢容量、低价格和优异的可逆性而成为储氢的有希望的候选材料。然而，其高热稳定性和慢动力学限制了其实际应用。

2、复合催化剂是提高mgh2储氢性能的最有效方法之一。金属有机骨架材料(mofs)具有三维的孔结构，一般以金属离子为连接点，有机配体位支撑构成空间三维延伸。金属原子在原子尺度上均匀分布的特点使mofs成为一种有前途的催化剂。然而，作为储氢催化剂的mofs却鲜有报道，这是由于mofs较差的热稳定性会在加热时引起分解，释放的气体会污染氢气和毒害mgh2。此外，mofs的密集堆积会降低其催化位点的利用率，削弱催化剂的催化活性，因此，本发明提出一种石墨烯负载ni-mof储氢催化剂、其制备方法和应用。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：提供一种石墨烯负载ni-mof储氢催化剂、其制备方法和应用，从而解决或者至少缓解了现有技术中存在的上述问题和其他方面的问题中的一个或多个。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种石墨烯负载ni-mof储氢催化剂的制备方法，包括以下步骤：

4、s1、分别称取六水合硝酸镍和氧化石墨烯溶解于二甲基甲酰胺中，室温下搅拌使其发生均匀混合反应，得到混合a溶液；

5、s2、称取对苯二甲酸，加入s1得到的a溶液中，充分搅拌使其溶解，得到混合b溶液；

6、s3、s2中得到的混合b溶液置于反应釜中进行加热反应，反应结束后固液分离，收集固体产物，洗涤、干燥，即为石墨烯负载的ni-mof储氢催化剂，命名为g@ni-mof。

7、其中，所示六水合硝酸镍、氧化石墨烯、二甲基甲酰和对苯二甲酸的质量比为1：0.05～0.2：80～120：0.5～1.5。

8、优选的，s1中所述的氧化石墨烯表面接枝芳香羧酸衍生物官能团，其中，芳香羧酸衍生物的结构式如下：

9、

10、r1、r2、r3可以相同或不同，r1、r2、r3独立选自h、ch3、och3。

11、在氧化石墨烯表面接枝芳香羧酸衍生物官能团后，氧化石墨烯表面含有更加丰富的含氧官能团，可以更好地锚定ni离子，有效避免后续水热反应时的团聚；此外，强羧基结合导致高稳定性，苯环的存在提供了对氢化物的化学抗性。

12、优选的，步骤s3中在反应釜内的反应温度为150℃～200℃，反应时间为10h～14h。

13、优选的，步骤s3中进行固液分离后，所得固体产物采用用二甲基甲酰胺和乙醇分别进行洗涤，并连续洗涤3次以上。

14、优选的，步骤s3中固体产物经洗涤后，放入真空干燥箱内进行干燥，干燥温度为75℃～85℃，干燥时间为6h～10h。

15、优选的，步骤s3中所述固液分离的方式采用沉降法、离心法和过滤法中的至少一种。

16、本发明还提供了采用上述的的制备方法制备得到的石墨烯负载ni-mof储氢催化剂。

17、本发明还提供了采用上述的的制备方法制备得到的石墨烯负载ni-mof储氢催化剂在mgh2复合储氢材料中的应用。

18、此外本发明还提供了mgh2复合储氢材料，mgh2复合储氢材料采用以下步骤制备：

19、s1、按重量份计：取按上述方法制备得到的石墨烯负载ni-mof储氢催化剂0.5-3份数和6-10份数的mgh2置于球磨机中，随后加入球磨珠；

20、s2、在2mpa氢气压力下，以450rpm的转速球磨5h，球磨后得到的物质置即为mgh2复合储氢材料，并将其置于手套箱中保存备用。

21、可选地，步骤s1中的所述石墨烯负载ni-mof储氢催化剂与所述mgh2的重量比为1:4。

22、可选地，步骤s1中的的球料比为40:1。

23、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

24、1、本发明通过提供一种石墨烯负载ni-mof储氢催化剂的制备方法，首先将氧化石墨烯与ni盐混合，随后加入含羧基的桥联配体，在反应釜中进行水热反应。其中，氧化石墨烯表面含有丰富的含氧官能团，可以锚定ni离子，有效避免后续水热反应时的团聚；同时氧化石墨烯的引入可以使制备的ni-mof在其表面均匀分散，充分暴漏催化位点，在高温水热过程中，氧化石墨烯会被还原成石墨烯，提高复合材料的导电性，加速电子的传输。此外，强羧基结合导致高稳定性，苯环的存在提供了对氢化物的化学抗性，本发明提出的一种石墨烯负载ni-mof储氢催化剂的制备方法简单，反应条件温和，有望应用于其他储氢体系中，石墨烯的引入可以有效改善ni-mof催化剂的催化活性，同时所制备复合催化剂具有良好的热稳定性，能够提高mgh2储氢材料的储氢动力学；

25、2、石墨烯负载ni-mof储氢催化剂具有良好的热稳定性和催化位点分布，提高了mgh2储氢材料的储氢能力，提高了其反应动力学。

技术特征：

1.一种石墨烯负载ni-mof储氢催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：s1中所述的氧化石墨烯表面接枝芳香羧酸衍生物官能团，其中，芳香羧酸衍生物的结构式如下：

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤s3中在反应釜内的反应温度为150℃～200℃，反应时间为10h～14h。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：步骤s3中进行固液分离后，所得固体产物采用用二甲基甲酰胺和乙醇分别进行洗涤，并连续洗涤3次以上。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：步骤s3中固体产物经洗涤后，放入真空干燥箱内进行干燥，干燥温度为75℃～85℃，干燥时间为6h～10h。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：步骤s3中所述固液分离的方式采用沉降法、离心法和过滤法中的至少一种。

7.如权利要求1～6任意一项所述的制备方法制备得到的石墨烯负载ni-mof储氢催化剂。

8.如权利要求1～6任意一项所述的制备方法制备得到的石墨烯负载ni-mof储氢催化剂在mgh2复合储氢材料中的应用。

技术总结
本发明公开了一种石墨烯负载Ni‑MOF储氢催化剂的制备方法，分别称取六水合硝酸镍和氧化石墨烯溶解于二甲基甲酰胺中，室温下搅拌使其发生均匀混合反应，加入对苯二甲酸，充分搅拌使其溶解，然后置于反应釜中进行加热反应，反应结束后固液分离，收集固体产物，洗涤、干燥，即为石墨烯负载的Ni‑MOF储氢催化剂，命名为G@Ni‑MOF。本发明提出的石墨烯负载Ni‑MOF储氢催化剂的制备工艺简单，反应条件温和，有望应用于其他储氢体系中，石墨烯的引入可以有效改善Ni‑MOF催化剂的催化活性，同时所制备复合催化剂具有良好的热稳定性，能够提高MgH<subgt;2</subgt;储氢材料的储氢动力学。

技术研发人员：丁佰锁
受保护的技术使用者：理工清科（重庆）先进材料研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12