纳米金属/石墨烯复合材料的自催化合成及其协同效应在水合肼催化制氢上的应用

水合肼分解放氢是颇具应用前景的有效制氢方式。寻求高活性、高选择性、低成本、长寿命的催化剂以保障水合肼在温和条件下高效可控地放氢，是推动该体系实用化进程的关键和难点。本项目提出以自催化方式合成石墨烯负载型金属纳米复合催化剂，通过借助和发挥石墨烯自身的优异特性，结合纳米合成的新方法与新技术，实现金属元素组成与比例、原子排布与结构、与石墨烯的紧密结合分散状态等金属活性组分间及与载体间的多重电子协同效应的调控，考虑颗粒尺寸效应与结晶化程度对催化剂的修饰作用，赋予催化剂表面最适宜的活性中心，以期获得水合肼制氢实用高效复合催化材料，同时拓展以石墨烯这一理想催化剂载体负载的高分散纳米尺度活性位的构筑和制备方法。研究所合成催化剂的催化活性、选择性与循环稳定性，探讨其催化反应机理，为促进水合肼制氢的应用提供科学的实验和理论依据，同时为新型清洁能源的开发研究奠定基础。

本项目采用共还原简便合成，实现金属元素的组成与比例、原子排布与结构及与载体或分散物质的紧密结合，同时考虑颗粒尺寸效应与结晶化程度对催化剂的修饰作用，使催化剂的表面赋予最适宜的活性中心，制备出了一系列高活性、高选择性和低成本水合肼、甲酸制氢用催化剂。其中，零贵金属NiFeMo催化剂对水合肼制氢的催化显示出优异的活性和100%的氢气选择性。而对于甲酸制氢，我们首次将非贵金属Co应用于此催化反应，所合成的以石墨烯为载体的CoAuPd合金纳米材料对甲酸制氢展现了很高的催化活性，其TOF和甲酸转化率分别达到80h-1和91%，这是目前包含非贵金属元素的固体催化剂在室温下催化甲酸脱氢的最高值。本项目研究的化学储氢用低/零贵金属催化剂不仅大大提高了储氢材料脱氢的效率，还极大降低了贵金属的使用量，为理性设计更高性能水合肼、甲酸制氢用催化剂提供了可靠的理论基础和实验依据，并推进了新清洁能源的开发研究。