有机储氢催化剂、制备方法及其应用

技术领域

本发明是关于有机液体储氢技术，特别是关于一种有机储氢催化剂、制备方法及其应用。

背景技术

氢能源清洁无污染、高热值等一系列的优势使其在近几十年来备受期待，被许多人认为是解决能源问题、发展低碳经济不可或缺的一部分。尽管氢能源正在蓬勃发展，但是制氢、储氢和燃料电池三个方面的关键问题并没有得到很好的解决。特别是作为起到氢气制备与应用之间桥梁作用的储氢，还未有特别成熟的可广泛应用的储氢方式。目前的车载储氢方式还是利用物理型高压储氢罐储氢的方式，在能量效率、体积储氢量、安全性等方面还有许多不足之处。因此，高效储氢材料的缺乏可以说是氢能源发展中一个亟待解决的瓶颈问题。

有机储氢液体是最有可能解决储氢问题的方案之一，但是其吸放氢动力学差，目前基本都需要使用贵金属催化剂催化其吸放氢过程，而且加氢过程和脱氢过程常常需要使用不同的贵金属，导致使用成本太高，难以实际应用。比如对于目前最有潜力的有机储氢液体苄基甲苯，其加氢和相应氢化产物(十二氢化苄基甲苯)的脱氢反应分别需要Ru基催化剂和Pd基催化剂进行催化。

基于对新能源载具的应用需求，储氢装置的载氢效率和速度，大大限制了有机储氢液体在氢燃料电池汽车上的应用。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种有机储氢催化剂、制备方法及其应用，其能够优化载体和催化活性物质之间的配合，从而有效改善了催化剂在有机储氢技术中催化加氢的效能。

为实现上述目的，本发明的实施例提供了一种有机储氢催化剂，包括载体以及催化活性物质，催化活性物质包括钌元素，载体为含有镍元素和/或钴元素的铝基载体。铝基载体是指以含有铝元素的氧化铝经过处理后得到的，载体的组成必然含有铝元素，可以体现为氧化铝或铝酸镍或铝酸钴等。

在本发明的一个或多个实施方式中，载体为含有铝酸镍或铝酸钴的铝基载体。此时载体可以为完全的铝酸盐载体，也可以为载体外层为铝酸盐包覆，而内芯为氧化铝的复合结构的载体。铝酸盐指铝酸镍或铝酸钴。

在本发明的一个或多个实施方式中，催化活性物质中的钌元素在载体上的负载量为0.1～2wt.％。优选的，催化活性物质中的钌元素在载体上的负载量为0.5wt.％。

在本发明的一个或多个实施方式中，有机储氢催化剂的制备方法，包括载体制备、催化活性物质制备以及负载，载体制备包括：获取含镍元素或钴元素的溶液A；将溶液A充分浸润氧化铝后烘干，得到固体B；固体B在空气氛围中煅烧即可，从而获得了主要成分为铝酸钴或铝酸镍的基体，当然也可以是表层的主要成分为铝酸钴或铝酸镍的复合基体，其内芯可以为氧化铝。

在本发明的一个或多个实施方式中，溶液A中硝酸镍的浓度为0-1.6moL/L，或者硝酸钴的浓度为0-1.6moL/L。

在本发明的一个或多个实施方式中，氧化铝为γ-氧化铝。其平均孔径为10-40nm。

在本发明的一个或多个实施方式中，有机储氢催化剂在有机储氢中加氢催化的应用。

与现有技术相比，根据本发明实施方式的有机储氢催化剂、制备方法及其应用通过优化载体和催化活性物质之间的配合，从而有效改善了催化剂在有机储氢技术中催化加氢的效能。，

附图说明

图1是根据本发明部分实施方式的催化加氢的效率图；

图2是根据本发明示例1实施例2以及对比例1中载体的XRD图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

实施例1

本实施例中：

1.载体制备铝酸镍

1.1配置一定浓度的Ni金属盐溶液，得溶液A；

1.2使用溶液A将孔径为40nm的γ-氧化铝充分浸润；

1.3放入烘箱中100度烘干2h，得固体B

1.4将固体B，放入马弗炉中，在空气氛围下，900度煅烧2小时，得催化剂载体。

2.催化剂制备

2.1.配置一定浓度的亚硝酰硝酸钌溶液，溶剂为水或者酒精，得溶液E；

2.2.使用等体积浸润法，将溶液E浸润入催化剂载体，得前驱体F；

2.3.将前驱体F，放入烘箱中100度烘干2小时，得前驱体G；

2.4.将前驱体G放入管式马弗炉中，通入氢气后，升温至300度下，保持2小时，得催化剂；

加氢效果测试方法

1.称取40g苄基甲苯，2g催化剂，加入高温高压反应釜中；

2.使用氢气反复置换高温高压反应釜；

3.开启搅拌(300～1500pm)，开启升温(180～250度)，这里指升温的升温区间和搅拌的转速区间，下同；

4.温度达到200度后，通入氢气，保持氢气压力(范围5～9MPa)。

实施例2

本实施例中：

1.载体制备铝酸钴

1.1配置一定浓度的Co金属盐溶液，得溶液A；

1.2使用溶液A将孔径为10nm的γ-氧化铝充分浸润；

1.3放入烘箱中100度烘干2h，得固体B

1.4将固体B，放入马弗炉中，在空气氛围下，900度煅烧2小时，得催化剂载体。

2.催化剂制备

2.1.配置一定浓度的亚硝酰硝酸钌溶液，溶剂为水或者酒精，得溶液E；

2.2.使用等体积浸润法，将溶液E浸润入催化剂载体，得前驱体F；

2.3.将前驱体F，放入烘箱中100度烘干2小时，得前驱体G；

2.4.将前驱体G放入管式马弗炉中，通入氢气后，升温至300度下，保持2小时，得催化剂；

加氢效果测试方法

1.称取40g苄基甲苯，2g催化剂，加入高温高压反应釜中；

2.使用氢气反复置换高温高压反应釜；

3.开启搅拌(300～1500pm)，开启升温(180～250度)；

4.温度达到200度后，通入氢气，保持氢气压力(范围5～9MPa)。

对比例1(样品3)

本实施例中：

1.载体制备：使用孔径为40nm的氧化铝为载体

2.催化剂制备

2.1.配置一定浓度的亚硝酰硝酸钌溶液，溶剂为水或者酒精，得溶液E；

2.2.使用等体积浸润法，将溶液E浸润入催化剂载体，得前驱体F；

2.3.将前驱体F，放入烘箱中100度烘干2小时，得前驱体G；

2.4.将前驱体G放入管式马弗炉中，通入氢气后，升温至300度下，保持2小时，得催化剂；

加氢效果测试方法

1.称取40g苄基甲苯，2g催化剂，加入高温高压反应釜中；

2.使用氢气反复置换高温高压反应釜；

3.开启搅拌(300～1500pm)，开启升温(180～250度)；

4.温度达到200度后，通入氢气，保持氢气压力(范围5～9MPa)。

图2表明，在本申请方案中，样品3的载体仍然为氧化铝，样品1和样品2的载体分别为铝酸镍和铝酸钴。同时图1也表明本发明的方案，表明在采用铝酸盐载体时相较于传统的氧化铝载体在加氢效率得到了显著提升。

实施例3-8与实施例1的区别仅在于如下表所示：

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。