镍基纳米材料的制备及催化硼氢化物储氢性能研究

金属Ni及合金可作为廉价催化剂应用于催化硼氢化物水解制氢，取代Pt等贵金属或降低贵金属用量。本申请项目将以Ni基纳米材料为研究对象，发展具有尺寸均一、分散性好、比表面积大等特性的纳米Ni及合金的可控制备方法，采用基于密度泛函理论的计算模拟并结合光谱、能谱等实验检测手段，深入研究金属对NH3BH3和NaBH4等硼氢化物水解反应的催化性能和催化机制，阐明性能与组成、结构、形貌、尺寸、粒径分布、晶态等理化性质的关联规律，探索提高Ni基材料催化活性和稳定性的有效途径，为设计和研制基于硼氢化物与廉价Ni基催化剂的高效一体化储氢制氢体系奠定理论基础及提供实验依据。

本项目围绕金属镍基硼氢化物水解制氢催化剂，开展可控制备、表征与性能研究。发展了胶体溶液法、溶剂加热回流法、金属有机配合物热分解法三种路径，制备了Ni、Ni-Fe、Ni-Pt、Ni3B等镍和镍合金纳米材料以及多孔碳负载镍基复合纳米材料，通过调控反应条件，获得高纯度、小尺寸、良好分散性、大比表面积的镍基纳米晶体。系统研究了镍基复合纳米材料对氨硼烷水解反应的催化性能，结果表明，催化活性与制备方法、组成、微结构、粒径、催化剂载量、分散度等因素密切关联：原位制备方法、合金化、多孔结构、小尺寸、高分散度均有利于提高活性，催化剂负载量30-35wt%时性能最佳。淀粉保护的Ni0.5Fe0.5纳米颗粒、蜂窝状分级多孔碳负载的Ni以及活性碳负载Ni3B均展现出优异的催化活性，并且可几次循环使用，是潜在的廉价高效硼氢化物水解制氢催化材料。相关研究成果发表在International Journal of Hydrogen Energy、Scientific Reports、Chemical Communications等专业学术期刊上，共发表SCI论文7篇（4篇被EI收录），申请发明专利3项。项目培养博士后1人，博士生3人，硕士生4人。