本发明属于氢能源，具体涉及一种高效分解甲酸制备氢气的钯基催化剂及其应用。
背景技术：
1、随着化石能源被大量的消耗，对绿色能源的需求比以往任何时候都更加迫切，而氢能在未来的能源发展中显得尤为重要。氢气是一种非常清洁的能源，产物只有水并且释放大量的能量。然而，在氢的运输和储存方面仍然存在一些障碍。
2、甲酸(hcooh,fa)是一种安全且可持续的氢储存材料，甲酸也是最简单的羧酸,它具有较的储氢含量(w＝4.4％,53g/l)，并且在合适的催化剂作用下,室温下即可分解为co2和h2，同时甲酸价格低廉、来源广泛、毒性较低、常温常压条件下是液态、性质稳定、不易燃烧、运输和储存安全方便，因而作为一种极具潜力的化学储氢材料而被广泛研究。随着甲酸制氢技术的不断发展，开发高稳定性、高选择性、高活性的制氢催化剂仍然是当前最大的一个挑战。其中，pd基催化剂是目前研究得较多的非均相催化剂，但至今尚未制备出高效分解甲酸制氢的催化剂。因此，开发一种能够用于甲酸制氢的高活性钯基催化剂具有重要的应用前景。
技术实现思路
1、为了克服上述现有技术的不足，本发明采用碳为载体，制备出一种用于甲酸制氢的钯基催化剂，该催化剂具有优异的分解甲酸产氢性能，且制备过程简单，具有广泛的应用前景。
2、为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
3、本发明第一方面提供了一种高活性钯基催化剂的制备方法，具体为：先将碳载体置于密闭环境下进行热处理，得到预处理的碳载体；然后往所得碳载体中加入水和氨基硅烷偶联剂，分散后再加入钯源和镝盐，混匀后在紫外光作用下进行光催化还原反应，还原后收集沉淀，经洗涤和干燥后制得钯基催化剂。
4、本发明提供了一种用于甲酸制氢的钯基催化剂的制备方法，利用稀土元素镝作为助剂，提高催化剂的催化活性，使制得的催化剂具有优异的分解甲酸产氢性能。同时，该制备方法所用的原料易得，制备过程简易，反应条件温和，易于推广应用。
5、优选地，所述钯源包括氯化钯、氯钯酸、氯钯酸钠和氯钯酸钾；所述钯源使用前先配制成溶液，钯源溶液中钯的浓度为0.01-0.3mol/ml；所述钯基催化剂中钯的负载量为1wt％～6wt％。优选的钯源为：氯钯酸溶液，其浓度为0.1mol/ml；钯基催化剂中钯的负载量优选5wt％。
6、优选地，所述镝盐包括硝酸镝、硫酸镝、氯化镝，所述钯基催化剂中镝盐的用量为0.1wt％～0.5wt％，优选0.2wt％。
7、优选地，所述光催化还原反应的时间为0.5h-4h。优选的光催化还原时间为3h。
8、优选地，所述热处理为在空气气氛下进行焙烧，其升温速率为1-10℃/min，焙烧温度为600-700℃，焙烧时间为1-4h。优选的焙烧温度为650℃，焙烧时间为1h。
9、优选地，所述氨基硅烷偶联剂包括3-氨基丙基三乙氧基硅烷(apts)、甲基三(甲氧基)硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、氟碳硅烷偶联剂、3-丙烯氧基丙基三甲氧基硅烷；所述碳载体与氨基硅烷偶联剂的质量比例为(0.2-0.5)∶(0.05-0.2)。优选的氨基硅烷偶联剂为：3-氨基丙基三乙氧基硅烷(apts)。
10、优选地，所述碳载体包括碳粉、xc-72型炭黑、石墨、g-c3n4、碳纤维。优选的碳载体为：xc-72型炭黑。
11、本发明第二方面提供了采用第一方面所述的制备方法制备得到的高活性钯基催化剂。
12、本发明第三方面提供了第二方面所述的高活性钯基催化剂在分解甲酸制备氢气中的应用，基将钯基催化剂加入甲酸/甲酸钠混合溶液中，在30～80℃下使甲酸分解而产生氢气。
13、优选地，所述甲酸与甲酸钠的摩尔比为1:1-1:5，所述甲酸的浓度为3mol/l，所述钯基催化剂的用量为0.05g-0.25g/1ml甲酸/甲酸钠混合溶液，反应温度为60～80℃。
14、与现有技术相比，本发明的有益效果是：
15、钯是一种非常重要的贵金属，常被用作各种反应的催化剂，但因制备方法的不同，其催化活性差异很大。为了制备一种高效分解甲酸制氢的钯基催化剂，本发明采用钯盐，硝酸镝、碳粉等常见的化工原料，经过碳粉预处理、混料、搅拌、光还原、洗涤和干燥等步骤，制备得到一种催化甲酸分解制备氢气的高活性钯基催化剂，该催化剂具有优异的分解甲酸产氢性能，在常压、60℃下催化甲酸分解产生氢气的tof值可高达11241h-1。此外，本发明利用稀土元素镝作为助剂，提高催化剂的催化活性，且该催化剂的制备方法简单，易操作，原料来源广泛，适合大规模应用。
1.一种高活性钯基催化剂的制备方法，其特征在于，先将碳载体置于密闭环境下进行热处理，得到预处理的碳载体；然后往所得碳载体中加入水和氨基硅烷偶联剂，分散后再加入钯源和镝盐，混匀后在紫外光作用下进行光催化还原反应，还原后收集沉淀，经洗涤和干燥后制得钯基催化剂。
2.根据权利要求1所述的一种高活性钯基催化剂的制备方法，其特征在于，所述钯源包括氯化钯、氯钯酸、氯钯酸钠和氯钯酸钾；所述钯源使用前先配制成溶液，钯源溶液中钯的浓度为0.01-0.3mol/ml；所述钯基催化剂中钯的负载量为1wt％～6wt％。
3.根据权利要求1所述的一种高活性钯基催化剂的制备方法，其特征在于，所述镝盐包括硝酸镝、硫酸镝、氯化镝，所述钯基催化剂中镝盐的用量为0.1wt％～0.5wt％。
4.根据权利要求1所述的一种高活性钯基催化剂的制备方法，其特征在于，所述光催化还原反应的时间为0.5h-4h。
5.根据权利要求1所述的一种高活性钯基催化剂的制备方法，其特征在于，所述热处理为在空气气氛下进行焙烧，其升温速率为1-10℃/min，焙烧温度为600-700℃，焙烧时间为1-4h。
6.根据权利要求1所述的一种高活性钯基催化剂的制备方法，其特征在于，所述氨基硅烷偶联剂包括3-氨基丙基三乙氧基硅烷、甲基三(甲氧基)硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、氟碳硅烷偶联剂、3-丙烯氧基丙基三甲氧基硅烷；所述碳载体与氨基硅烷偶联剂的质量比例为(0.2-0.5)∶(0.05-0.2)。
7.根据权利要求1所述的一种高活性钯基催化剂的制备方法，其特征在于，所述碳载体包括碳粉、xc-72型炭黑、石墨、g-c3n4、碳纤维。
8.采用权利要求1-7任一项所述的制备方法制备得到的高活性钯基催化剂。
9.权利要求8所述的高活性钯基催化剂在分解甲酸制备氢气中的应用，其特征在于，将钯基催化剂加入甲酸/甲酸钠混合溶液中，在30～80℃下使甲酸分解而产生氢气。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述甲酸与甲酸钠的摩尔比为1:1-1:5，所述甲酸的浓度为3mol/l，所述钯基催化剂的用量为0.05g-0.25g/1ml甲酸/甲酸钠混合溶液，反应温度为60～80℃。
