一种耦合光催化和金属催化功能的高效制氢催化剂及其制备方法和应用

本发明涉及制氢催化剂的合成，具体涉及一种耦合光催化和金属催化功能的高效制氢催化剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、构建氢能能源社会，需要解决并完善氢能源的制取、存储、运输、利用等问题，并以此为基础，开发出高能快速便携可控制氢材料。制氢目前主流思路有光催化、电催化等，相比之下，现制现用能够跳过储存这一阶段从而获得更好的安全性能，具有更好的安全性和便携性。

2、氨硼烷(ab，nh3·bh3)因具有高氢含量(19.6wt.％)、低分子量(30.7g·mol-1)的优点、溶液中的高稳定性以及放氢反应的潜在可逆性被广泛关注。为了使其加快反应速率，有必要引入合适的催化剂。在过去的几十年里，贵金属纳米粒子已被证明是潜在的优秀ab脱氢催化剂。但是其高昂的成本限制了催化剂的发展。近期，针对光催化剂的研究也层出不穷，但其对ab的催化效果却不尽人意。结合两种方法的不足，将光催化和金属催化耦合，既可以达到催化氨硼烷产氢的目的，又能够进一步降低成本，获得更好的催化效率。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种耦合光催化和金属催化功能的高效制氢催化剂及其制备方法和应用，该催化剂记为rucu@b-g-c3n4，其包括具有光催化效果的b-g-c3n4和具有金属催化效果的ru和cu异质复合金属，用于催化氨硼烷醇解产氢。

2、为了实现上述目的，本发明公开了一种耦合光催化和金属催化功能的高效制氢催化剂的制备方法，包括如下步骤：

3、(1)b-g-c3n4的制备：

4、称取适量三聚氰胺并加入带盖坩埚中，将上述坩埚放入马弗炉中加热至500-550℃，保持3-4小时后冷却至室温，收集所得到的亮黄色固体，向该固体中加入适量硼酸并充分研磨，之后再将研磨后得到的混合物放入马弗炉中加热至500～550℃，保持3～4小时后冷却至室温，取出样品并研磨后，得到硼元素(b)改性的催化剂载体，记为b-g-c3n4。其中，三聚氰胺作为前驱体。

5、(2)rucu@b-g-c3n4的制备

6、取两份无水乙醇，将步骤(1)得到的b-g-c3n4加入其中一份无水乙醇中搅拌得到悬浮液m，将rucl3·nh2o和cu(no3)2·3h2o溶解于另一份无水乙醇中，室温下搅拌形成前驱体溶液n，之后将前驱体溶液n加入悬浮液m中并猛烈搅拌90分钟，得到混合溶液。然后向混合溶液中逐滴加入一定量nabh4溶液，滴加结束后反应120min，滴加过程及反应过程中不断搅拌，反应结束后得到反应产物。将反应产物分别用无水乙醇和去离子水交替洗涤，洗涤后进行过滤，将过滤后得到的固体产物放入真空干燥箱干燥，最终得到耦合光催化和金属催化功能的高效制氢催化剂，该催化剂记为rucu@b-g-c3n4。

7、进一步的，步骤(1)中三聚氰胺的质量为1-5g，硼酸的质量为0.3-1.5g。

8、进一步的，步骤(2)中是将0.2-0.5g步骤(1)得到的b-g-c3n4加入20-40ml无水乙醇中室温下搅拌得到悬浮液m。

9、进一步的，步骤(2)中将50-145mg rucl3·nh2o和90-250mg cu(no3)2·3h2o溶解于5-20ml无水乙醇中，室温下搅拌形成前驱体溶液n。

10、进一步的，步骤(2)中nabh4溶液是还原剂。

11、进一步的，步骤(2)中nabh4溶液中溶剂为水，nabh4溶液的体积为5-10ml，浓度为0.8-1mol/l。

12、进一步的，步骤(2)中是将得到的固体产物放入真空干燥箱于60℃条件下干燥30min。

13、本发明还公开了一种按照上述方法制得的耦合光催化和金属催化功能的高效制氢催化剂及该催化剂在催化氨硼烷醇解产氢中的应用。

14、本发明提供一种具有光催化和金属催化双功能催化剂的制备方法，将适量三聚氰胺前驱体加入坩埚中，放入马弗炉中焙烧并保温，冷却样品至室温，加入适量硼酸并充分研磨，之后再放入马弗炉中焙烧，然后冷却、研磨，得到b改性后的半导体催化剂b-g-c3n4，将光催化剂b-g-c3n4溶解在过饱和的钌盐和铜盐中浸渍，然后通过还原反应实现一步引入钌原子和铜原子，所制得催化剂具有耦合光催化和金属催化氨硼烷醇解产氢的作用，提升了催化氨硼烷醇解产氢性能。

15、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

16、(1)本发明所制备的具有光催化和金属催化双催化功能的催化剂，不仅可以实现金属催化对氨硼烷的醇解产氢，也可以实现光效应对金属效应的协同。在满足催化氨硼烷醇解产氢的基础上，还具有一定的缩短反应时间的作用。

17、(2)仅采用一种ru贵金属，利用rucu双金属合金在催化氨硼烷醇解产氢的协同效应，在保证整体催化产氢性能基础上，降低了催化剂使用成本。

技术特征：

1.一种耦合光催化和金属催化功能的高效制氢催化剂的制备方法，其特征在于具体包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的耦合光催化和金属催化功能的高效制氢催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(1)中三聚氰胺的质量为1-5g，硼酸的质量为0.3-1.5g。

3.如权利要求1所述的耦合光催化和金属催化功能的高效制氢催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(2)中是将0.2-0.5g步骤(1)得到的b-g-c3n4加入20-40ml无水乙醇中室温下搅拌得到悬浮液m。

4.如权利要求1所述的耦合光催化和金属催化功能的高效制氢催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(2)中将50-145mg rucl3·nh2o和90-250mg cu(no3)2·3h2o溶解于5-20ml无水乙醇中，室温下搅拌形成前驱体溶液n。

5.如权利要求1所述的耦合光催化和金属催化功能的高效制氢催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(2)中nabh4溶液中溶剂为水，nabh4溶液的体积为5-10ml，浓度为0.8-1mol/l。

6.如权利要求1所述的耦合光催化和金属催化功能的高效制氢催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(2)中是将得到的固体产物放入真空干燥箱于60℃条件下干燥30min。

7.如权利要求1～6任一项所述制备方法制得的耦合光催化和金属催化功能的高效制氢催化剂。

8.如权利要求7所述的耦合光催化和金属催化功能的高效制氢催化剂在催化氨硼烷醇解产氢中的应用。

技术总结
本发明涉及一种耦合光催化和金属催化功能的高效制氢催化剂及其制备方法和应用，将适量三聚氰胺前驱体加入坩埚中，放入马弗炉中焙烧并保温，冷却样品至室温，加入适量硼酸并充分研磨，之后再放入马弗炉中焙烧，然后冷却、研磨，得到B改性后的催化剂载体B‑g‑C<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;，将B‑g‑C<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;溶解在过饱和的钌盐和铜盐中浸渍，然后通过还原反应实现一步引入钌和铜原子，所制得催化剂具有耦合光催化和金属催化强化氨硼烷醇解产氢的作用，提升了催化氨硼烷醇解产氢性能。

技术研发人员：李浩杰,杨兵可,姚震,王学涛,潘昆明,任永鹏
受保护的技术使用者：河南科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23