一种高比表面Co‑B合金纳米片及其制备方法与应用 |
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| 申请号 | CN201710425047.6 | 申请日 | 2017-06-08 | 公开(公告)号 | CN107243646A | 公开(公告)日 | 2017-10-13 |
| 申请人 | 桂林电子科技大学; | 发明人 | 邹勇进; 高玉波; 向翠丽; 徐芬; 孙立贤; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种高比表面Co‑B 合金 纳米片，由CoCl2和NaBH4在乙腈作为 溶剂 条件下制备而得，其结构为纳米片状结构， 比表面积 为300‑400 m2g‑1。其制备方法包括：1）取CoCl2，加入到乙腈中，搅拌；2）取NaBH4加入NaOH溶液中；3）将步骤2）所得溶液滴加入步骤1）所得溶液，并搅拌；4）滴加完成后，过滤、洗涤、干燥， 研磨 可得。本发明作为 硼 氢化物的 水 解 催化剂，在常温常压下催化NaBH4水解放氢速率为1500‑2000 mLmin‑1g‑1。本发明具有高的比表面积，可达300‑400 m2g‑1，微观结构为片状而非球状，性能稳定、催化效果好。因此，本发明在硼氢化物水解制氢催化剂领域具有应用前景。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种高比表面Co-B合金纳米片，其特征在于：由CoCl2和NaBH4在乙腈作为溶剂条件下制备而得。 |
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| 说明书全文 | 一种高比表面Co-B合金纳米片及其制备方法与应用技术领域背景技术[0002] 能源是国民经济的命脉，随着全球性常规能源资源的日益枯竭以及大量利用化石能源带来的一系列环境问题，人类必须寻找可持续发展的替代能源，开发利用清洁、绿色新能源无疑是最终出路。氢能作为洁净、理想的二次能源，是当前能源科学界的研究的重中之重，然而，氢的储存与制备技术仍然是制约氢能商业化应用的关键技术。硼氢化物水解制氢近年来受到广泛关注，其可以再温和条件下实现高纯度氢的释放，而且不会对环境造成污染。但硼氢化物的水解受到催化剂的制约，开发价格低廉的非贵金属催化剂成为硼氢化物水解的关键。提高非贵金属异相催化剂的催化性能是解决问题的关键。在溶液中，异相催化剂的催化效率与其真实的作用面积直接相关。如何增加异相催化剂的有效作用面积，使活性物质能够与反应物更好的接触是提高催化性能的一个重要突破口。因此高比表面Co-B合金纳米片催化剂的发明对高效利用氢能有很重要的意义。 [0003] 向翠丽、程军等人的研究表明（Xiang Cuili, Jun Cheng, Zhe She, Yongjin Zou, Hailiang Chu, Shujun Qiu, Huanzhi Zhang, Lixian Sun and Fen Xu. RSC Adv. 5, no. 1 (2015): 163-166.）(Xiang, Cuili, Jun Cheng, Zhe She, Yongjin Zou, Hailiang Chu, Shujun Qiu, Huanzhi Zhang, Lixian Sun and Fen Xu. "Fabrication and Characterization of a Novel Nanoporous Co–Ni–W–B Catalyst for Rapid Hydrogen Generation." RSC Adv. 5, no. 1 (2015): 163-166.)，在乙醇溶液中合成的Co-Ni-W-B合金纳米多孔催化剂的比表面积可以达到250-300 m2g-1。该技术制备的四元合金材料存在以下技术问题：1）合成相对复杂；2）比表面积仍然不能满足应用所需的性能。 发明内容[0004] 本发明的目的在于提供一种高比表面Co-B合金纳米片及其制备方法和应用。 [0005] 本发明的工作原理为：金属离子在硼氢化物的作用下，被还原出来，控制反应条件，可以得到纳米金属离子。其具体的反应原理如下。本发明采用硼氢化钠作为还原剂，将Co、B从溶液中还原出来。涉及反应方程式包括：BH−4 + 2H2O→BO−2 + 4H2↑ ， − 2+ - + BH4 + 2Co + 2H2O→2Co + BO2 + 4H + 2H2↑ ， BH4- + H2O→B + OH− + 2.5H2↑。 [0007] 为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：高比表面Co-B合金纳米片由CoCl2和NaBH4在乙腈作为溶剂条件下制备而得，其结构为纳米片状结构，其比表面积为300-400 m2g-1。 [0008] 高比表面Co-B合金纳米片的制备方法包括以下步骤：1）以CoCl2与乙腈的质量比为1:50关系，取CoCl2加入乙腈中，磁力搅拌，记为M溶液； 2）配置0.1-1 mol/L的NaOH溶液，以CoCl2与NaBH4的物质的量之比为2:1关系，取NaBH4加入NaOH溶液中，记为N溶液； 3）将N溶液用碱式滴定管缓慢地向M溶液中滴加，并用磁力搅拌器对混合溶液进行搅拌； 4）滴加完成后，过滤、洗涤、干燥，研磨，得到高比表面Co-B合金纳米片的粉末。 [0009] 高比表面Co-B合金纳米片作为硼氢化物的水解催化剂的应用时，在常温常压下催化NaBH4水解放氢速率为1500-2000 mLmin-1g-1。 [0010] 本发明高比表面Co-B合金纳米片经实验检测，结果如下：经扫描电镜测试，可以得到其形貌为纳米片状结构； 2 -1 经BET测试，可以得到其比表面积为300-400 mg ； 经催化NaBH4水解放氢测试，可以得到常温常压下放氢速率可达1500-2000 mLmin-1g-1。 [0011] 本发明具有如下优点：2 -1 1．所制备的Co-B合金具有高的比表面积，可以达到300-400 mg ，是常规方法制备的Co-B合金催化的比表面的3-4倍，是水中合成的Co-B合金50-100m2g-1的4倍[2]，是丙酮中合成的Co-B合金100-150 m2g-1的3倍。(Cheng, Jun, Cuili Xiang, Yongjin Zou, Hailiang Chu, Shujun Qiu, Huanzhi Zhang, Lixian Sun and Fen Xu. "Highly Active Nanoporous Co–B–TiO2 Framework for Hydrolysis of NaBH4." Ceramics International 41, no. 1 (2015): 899-905) 2. 所得到的形貌为纳米片状结构，而常规方法得到的团聚的球状纳米颗粒 3. 可催化硼氢化物水解。本发明高比表面Co-B合金纳米片材料作为催化剂，提高了催化效率，降低了成本。 [0012] 4．应用效果好。所采用的催化剂分散性能好，能在水解的过程中，悬浮在溶液中，提高了催化剂与溶液的接触面积，提高了催化效率，水解放氢的速率可达1500-2000 mLmin-1g-1。 [0013] 5．制备工艺简单，产品性能稳定。所制备的催化剂制备简单，适合大批量的制备。 [0014] 6．使用方便。将催化剂与反应液直接混合即可，而且操作简便，重现性好。 [0015] 附图说明：图1为实施例中乙腈中合成的Co-B合金纳米片的扫描电镜图； 图2为实施例中丙酮中合成的Co-B合金纳米颗粒的扫描电镜图； 图3为实施例中不同溶剂中合成的Co-B合金物理吸附图； 图4为实施例中乙腈中合成的Co-B合金纳米片催化NaBH4水解放氢速率图。 具体实施方式[0017] 一种高比表面Co-B合金纳米片的制备方法：1）取3g CoCl2，加入到100ml乙腈中，磁力搅拌，记为M溶液； 2）配置0.1 mol/L的NaOH溶液20ml，取2 g NaBH4加入NaOH溶液中，记为N溶液； 3）将N溶液用碱式滴定管缓慢地向M溶液中滴加，并用磁力搅拌器对混合溶液进行搅拌； 4）滴加完成后，过滤、洗涤、干燥，研磨，得到高比表面Co-B合金纳米片的粉末。 [0018] 为了验证本实施例，以乙腈为溶剂制备的高比表面Co-B合金纳米片的优异性能，以下简称为“乙腈中合成的Co-B合金纳米片”，我们进行了空白对照试验，制备了不同溶剂中合成的Co-B合金。 [0019] 对比试验样品——丙酮中合成的Co-B合金纳米颗粒的制备方法，具体步骤未特别说明的步骤与本实施例上述高比表面Co-B合金纳米片的制备方法相同，不同之处在于：将步骤1）所述乙腈换成丙酮。最终得到丙酮中合成的Co-B合金纳米颗粒。 [0020] 对上述实施例制备的乙腈中合成的Co-B合金纳米片和丙酮中合成Co-B合金纳米颗粒进行扫描电镜检测，结果如图1和图2所示，乙腈中合成的Co-B合金纳米片的微观结构呈片状结构，而丙酮中合成的Co-B合金纳米颗粒是呈多孔的纳米颗粒结构。 [0021] 对上述实施例制备的乙腈中合成的Co-B合金纳米片和丙酮中合成Co-B合金纳米颗粒进行氮气的物理吸附测试，吸附、脱附温度为77K，在测试之前，真空下180℃预处理6h，升温速率为5℃/min，测试结果如图3所示，乙腈中合成的Co-B合金纳米片的比表面积高达364 m2g-1，而丙酮中合成Co-B合金纳米颗粒的比表面积仅为118 m2g-1。 [0022] 上述实施例制备的乙腈中合成的Co-B合金纳米片催化NaBH4水解放氢性能测试，将的不同质量的乙腈中合成的Co-B合金纳米片分散到0.1 M NaBH4的1% NaOH溶液中，密封，通过恒温水浴控制溶液的温度，将产生的氢气通过排水法收集，记录单位时间内产生的氢气的体积，得到放氢的速率，测试结果如图4所示，放氢速率可以达到2034 mLmin-1g-1。 |
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