硼氢化钠醇解制氢负载型催化剂的制备及性能研究
氢能的利用减少了人类对日益枯竭的化石能源的依赖，减轻了化石燃料的使用对环境的污染。传统的储氢形式对储氢工艺和设备的要求特别高，严重阻碍了氢能在燃料电池的应用。因此，利用一种储氢密度高的化学物质，通过简单的化学反应来现场制氢实现制氢的便携性成为人们研究的热点。便携式硼氢化钠甲醇醇解(NaBH4-4CH3OH)制氢燃料电池因硼氢化钠储氢密度高（10.8wt.％）、碱性溶液中稳定存在、不可燃性、对储存环境要求低等优点被广泛研究。同时，发展NaBH4-4CH3OH制氢燃料电池的关键问题是制备出高效、循环利用率高、易与体系分离的可控制氢催化剂。本论文制备了硼氢化钠甲醇醇解制氢负载型Ru-Co/CNTs、Ru/Ni foam、Co-Mo-P/CNTs-Ni foam催化剂，并探究了其形貌、组成和催化性能，主要内容如下: 1、以碳纳米管为载体，使用微波辅助加热化学镀法制备了Ru-Co/CNTs催化剂，并与油浴加热法进行了比较。以不同管径的碳纳米管为载体，研究其对催化剂金属活性中心性能和形貌的影响。当使用管径为10～20nm的碳纳米管为催化剂载体时，钌钴催化硼氢化钠甲醇醇解制氢的最高速率达到21.19L·min-1·g-1，活化能为34.35kJ·mol-1。 2、以泡沫镍为载体，通过电镀法制备了Ru/Ni foam催化剂，并从络合剂浓度、电流密度、温度和电镀时间优化了催化剂的制备条件。Ru/Ni foam催化硼氢化钠醇解制氢的最高速率达到1.93L·min-1·g-1，反应活化能为41.1kJ·mol-1。Ru/Ni foam催化剂循环8次后，催化剂的形貌几乎没有发生变化，这说明了通过电镀法可以将钌活性金属牢固的负载在泡沫镍基底上。 3、通过气相沉积的方法，在泡沫镍基底上原位生长碳纳米管，制备了蒲公英状的CNTs-Ni foam复合材料。再通过化学镀的方法负载Co-Mo-P活性中心，制备了蒲公英状的碳纳米管泡沫镍复合载体负载钴钼磷三元合金Co-Mo-P/CNTs-Ni foam催化剂。其中，碳纳米管管径约为70nm，Co-Mo-P三元合金纳米颗粒粒径约为80nm。负载有Co-Mo-P纳米颗粒的CNTs-Ni foam催化剂完整的保留了碳纳米管的管状结构和碳纳米管之间的空隙，这增加了催化剂的比表面积和反应物的流动空间。Co-Mo-P/CNTs-Ni foam催化硼氢化钠醇解制氢的最高速率达到2.64L·min-1·g-1，反应活化能为47.27kJ·mol-1。
负载型催化剂;制备工艺;催化性能;硼氢化钠;甲醇;醇解制氢
北京化工大学
硕士
化学
王芳辉
2018
中文
TQ426.6
108
2018-09-18（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）