一種催化劑及其制備和在硼氫化物水解制氫中的應用

　　本发明涉及硼氢化物水解制氢，的确地说是一種催化劑及其制備和在硼氫化物水解制氫中的應用。催化剂采用阴离子交换树脂为载体，以铂为活性组分，催化剂中金属铂所占的质量百分比为0.01～20％；制备过程包括采用含铂络合阴离子的溶液将金属离子担载到树脂上和采用化学还原法将金属离子还原为活性金属的过程。本发明的优点是所有制备过程均在常温常压条件下进行，制备方法简单，原材料易得，适合于批量生产。本发明催化剂特别适用于以稳定的硼氢化物溶液为原料，采用间歇或连续反应方法制备可供燃料电池直接使用的纯氢。

燃料电池是一种将储存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有工作温度低、启动快、能量 转化功效高等特点，在固定电站、电动车、军用特种电源、可移动电源等 土地有广阔的应用前景。但要实现燃料电池的大规模商业化应用仍有许多 问题亟待解决，其中安全、高效的储氢和供氢系统对整个电池系统的比功 率和实用化起着决定性作用。通常选择燃料电池的燃料氢系统要紧从体积、重量、贮氢密度、吸放 氢难易程度和安全性等几个方面考虑。从现有的储氢方法来看，压服储氢 使用便宜，但储氢能力较差，且存在安全性问题；液态储氢能力较强，适 合于大功率质子交换膜燃料电池，但该方法的弱点是在储氢过程中能量损 耗大，且低温绝热装置比较庞大，不适合小功率燃料电池使用；低温吸附 储氢对吸附材料的要求较高，设备也较庞大，同时还存在诸如毒化、再充 时放热等问题，故不适合质子交换膜燃料电池系统；金属氢化物储氢体积 密度优于气态储氢和液态储氢，但质量储氢密度略低。近年来，硼氢化物作为一种新型储氢材料受到广泛注目。与上面介绍 的各种储氢方法相比，硼氢化物储氢不但具有金属氢化物储氢的优点，而 且质量储氢密度大，因而更适合于便携式小功率质子交换膜燃料电池。此 外，硼氢化物溶液无可燃性，储运和使用都非常安全。与烃类及醇类的高 温重整制氢反应相比，放热的硼氢化物水解反应不需要分外提供能量来引 发和坚持反应，在常温下就可以产生氢气，同时所制备的氢气中不含CO 及其它杂质，氢气中所含的水分还可以起到给燃料电池质子交换膜增湿的 作用，非常适合于燃料电池使用。适宜于水解制氢反应的硼氢化物要紧包 括：硼氢化钠、硼氢化钾、硼氢化锂、硼氢化铝以及硼氢化铵等。通常情况下，硼氢化物溶液需要在强碱性条件下才能稳定保存。在实际 应用中,必须使用特定的催化剂来加速水解反应的进行。在催化剂作用下， 不但可以实现硼氢化物水解反应的快速启动，同时可以控制氢气的产生速 度。因此，开发具有良好性能的催化剂不但可以提高制氢功效，同时有利 于提高燃料电池的比功率。Kojima等人（J. Power Soures, 125 (2004) 22)报道了一种用于硼氢化钠 水解制氢的蜂窝整体型催化剂，该方法需要先采用浸渍法制备Pt/LiCo02催 化剂，接着再将其涂覆到蜂窝整体型载体上，制备过程比较烦琐。另外，由于在制备的催化剂浆液中进入的PTFE具有疏水性，这也直接妨碍反应物 向催化剂活性中心的浸透。Suda等人（US 6358488)以金属氟化物和金属 合金氟化物为催化剂来催化金属氢化物水解制氢反应。该催化剂制备涉及用含强腐蚀性氢氟酸的碱金属氟化物的溶液来处置金属^金属合金，存在 腐蚀问题。Lee等人（J. Hydrogen Energy. 29 (2004) 263)采用刮涂技术将含有丝状镍粉和钴粉的催化剂浆液涂覆到泡沫镍担体上，再通过干亢和滚压 过程制成薄片式催化剂。采用该催化剂可以通过催化硼氢化钠水解反应制 备纯度为99.99%的氢气，但不足之处是催化剂重复使用后性能下降较快。