一种碳化钼催化剂在甲酸制氢中的应用

    专利2024-12-09  7


    本发明涉及甲酸制氢催化剂,尤其涉及一种碳化钼催化剂在甲酸制氢中的应用。


    背景技术:

    1、氢能源是目前最具发展前景的可替代能源,它具备来源广泛、清洁高效等优点,但是氢气体积能量密度低(0.0108mj/l)、易爆炸,传统制氢方式下对储罐以及运输的压力要求以及成本都较高。

    2、常用的化学储氢用的有甲酸、甲醇、肼等。其中,甲酸具有很高的体积容量(53g/l)和较高的重量氢密度(4.4wt.%),在需要的时候通过适当反应就能释放出大量氢气以供使用,是氢能源广泛使用和安全运输的稳定中间体。同时甲酸可以通过可再生途径合成,例如二氧化碳的氢化反应得到。

    3、均相催化剂和贵金属催化剂在催化甲酸制氢过程中的催化性能优异。但是,均相催化剂和贵金属催化剂成本高,难以大规模应用。因此,本领域需要寻找一种廉价且性能优异的非贵金属催化剂替代贵金属催化剂和均相催化剂等从而能够进行大规模应用。目前比较常见的应用于甲酸制氢领域的非贵金属有mo基催化剂、ni基催化剂等,它们的成本明显低于贵金属催化剂,但同时仍存在着制备流程复杂等问题。

    4、目前关于moc的制备已有报道,中国专利(cn109999840a)公布了一种moc催化的制备方法,该制备方法需要先通过热处理制备mo2c,后续继续热解制备moc;中国专利(cn109621998a)公布了的moc催化的制备方法为,以钼源、碳源和模板剂为原料先制备干凝胶,再将干凝胶碳化还原得到moc催化剂;其均需要多个步骤才能制得moc催化剂。


    技术实现思路

    1、本发明的目的在于提供一种碳化钼催化剂在甲酸制氢中的应用,简化甲酸制氢催化剂的制备过程,降低成本。

    2、为了实现上述发明目的,本发明提供以下技术方案:

    3、一种碳化钼催化剂在甲酸制氢中的应用,所述碳化钼催化剂的制备方法包含以下步骤:

    4、1)将四水合钼酸铵、柠檬酸与水混合,搅拌均匀并烘干,得到钼基催化剂前驱体;

    5、2)将所述钼基催化剂前驱体在保护气氛下热解,得到碳化钼催化剂;

    6、步骤1)所述四水合钼酸铵、柠檬酸和水的质量比为1:2~4:60~100。

    7、可选地,步骤1)所述混合在搅拌条件下进行,搅拌速率为500~1000rpm,时间为0.5~2h。

    8、可选地,步骤2)所述保护气氛包含氮气、氦气或氩气。

    9、可选地,步骤2)所述热解的温度为600~800℃,时间为1~4h。

    10、可选地,碳化钼催化剂催化甲酸制氢时,反应温度为90~98℃,反应时间为1~4h。

    11、可选地,碳化钼催化剂催化甲酸制氢时,碳化钼催化剂与甲酸的质量比为1~2:60~150。

    12、本发明提供了碳化钼催化剂在甲酸制氢中的应用,由于间隙碳化物特殊的晶体结构,c被插入到金属-金属晶格中,使得金属-金属的距离比金属基体长,从而增加金属-金属的距离,导致mo原子d带的收缩,最终使得mo的d带态密度的增加,甚至达到费米能级附近;同时c的s-p轨道将与mo的d轨道杂化,mo的新d轨道(与碳s-p轨道重排)将变宽,并导致能量分布比mo金属基质宽,这使得mo基催化剂拥有和贵金属催化剂pt相类似的电子结构,从而在甲酸制氢方面有着类似的催化性能。在这基础上我们使用四水合钼酸铵和柠檬酸为原料一步热解制备了moc催化剂并应用于甲酸制氢。

    13、本发明使用四水合钼酸铵和柠檬酸为原料由一步法热解制备了moc催化剂并应用于甲酸制氢。该碳化钼催化剂制备过程简单,原料廉价易得,并且通过调控热解温度和原料比例,得到了产氢速率优异、稳定性良好的碳化钼催化剂,在催化甲酸制氢过程表现出良好的产氢性能。



    技术特征:

    1.一种碳化钼催化剂在甲酸制氢中的应用,其特征在于,所述碳化钼催化剂的制备方法包含以下步骤:

    2.根据权利要求1所述的应用,其特征在于,步骤1)所述混合在搅拌条件下进行,搅拌速率为500~1000rpm,时间为0.5~2h。

    3.根据权利要求1所述的应用,其特征在于,步骤2)所述保护气氛包含氮气、氦气、或氩气。

    4.根据权利要求1或3所述的应用,其特征在于,步骤2)所述热解的温度为600~800℃,时间为1~4h。

    5.根据权利要求1所述的应用,其特征在于,碳化钼催化剂催化甲酸制氢时,反应温度为90~98℃,反应时间为1~4h。

    6.根据权利要求5所述的应用,其特征在于,碳化钼催化剂催化甲酸制氢时,碳化钼催化剂与甲酸的质量比为1~2:60~150。


    技术总结
    本发明涉及甲酸制氢催化剂技术领域,尤其涉及一种碳化钼催化剂在甲酸制氢中的应用。所述碳化钼催化剂由四水合钼酸铵、柠檬酸与水混合干燥,随后在保护气氛下进行热解制得,制备方法简单,制备原料廉价易得。使用该碳化钼催化剂催化甲酸制氢反应时,所需反应温度低、产氢速率优异、稳定性良好,表现出良好的产氢性能。

    技术研发人员:杨颂,高鑫,余钟亮,杨言言,陈亮宇,李晋,刘守军
    受保护的技术使用者:太原理工大学
    技术研发日:
    技术公布日:2024/4/29
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