石墨烯基催化剂及其硫碘循环制氢应用

发布时间：2018-02-07 09:52

  本文关键词： 石墨烯 硫碘循环 HI分解 催化 制氢　出处：《浙江大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：氢能由于其清洁、高效和可持续性被认为是21世纪最有发展潜力的能源,因此寻找一种大规模低成本的制氢方法是发展氢能的基础。热化学硫碘循环水分解制氢由于成本低、环保等优势被认为是实现大规模生产制氢的理想循环。硫碘循环主要包含以下三个反应过程： Bunsen反应：I2+SO2+2H2O→H2SO4+2HI HI分解过程：2HI→H2+I2 H2S04分解过程：H2SO4→O2+0.5O2+H2O 硫碘循环中HI分解是唯一产氢的过程,其分解率对整个系统的热效率有很大的影响。在无催化剂作用时,即使在500℃高温时HI的分解率也很低。因此,研究HI分解中的催化剂极为重要。本为对石墨烯本身作为催化剂以及作为催化剂载体催化分解HI进行了系统性的研究。 本文采用改进的Hummers法制备氧化石墨,进一步超声得到氧化石墨烯(GO)。通过两种不同的还原剂分别还原得到乙二醇还原石墨烯(rGO-EG)和水合肼还原石墨烯(rGO-HH)。同时以氧化石墨烯与铂的前驱物共同还原制备得到Pt/rGO-EG和Pt/rGO-HH两种催化剂。对上述制备的材料进行XPS、XRD、 Raman, TEM和BET等表征。本文在利用石墨烯作为载体负载铂作为催化剂的同时,也将对石墨烯本身作为催化剂应用于HI分解进行了研究。 实验结果表明,载体的催化剂活性从高到低的顺序依次为rGO-HH rGO-EGGO,还原后得到的石墨烯活性均比氧化石墨烯具有更高的催化活性。催化剂的催化活性随着石墨烯的还原程度提高而提升。由于还原程度越高,石墨烯表面的含氧官能团变少,不饱和碳原子增多,所以导致石墨烯表面活性位增多,使得催化活性高。对于负载Pt后催化剂活性为Pt/rGO-EGPt/rGO-HH,尤其是低温段Pt/rGO-EG表现出更好的催化活性。这主要是由于乙二醇作为还原剂制备得到的催化剂中Pt纳米颗粒尺寸更小、分散性更好,这有利于更多的活性位点与反应物充分的接触,减小反应过程中遇到的扩散阻力,从而在HI催化分解中表现出更好的活性。因此,采用乙二醇作为还原剂制备铂／石墨烯催化剂更加合适。 针对催化剂稳定性研究结果显示,在486℃时90分钟连续实验中,rGO-HH作为催化分解HI中在最初10分钟活性会有所提升,这主要是由于rGO-HH被进一步还原,不饱和碳原子数量增加,从而使得石墨烯表面有更多的活性位有利于反应的进行。在对比Pt/rGO-EG和Pt/AC-EG催化剂稳定性中发现,在90分钟的连续实验中,Pt/AC-EG催化剂活性下降了4.25%,而Pt/rGO-EG催化剂活性只下降了0.12%,活性基本保持不变。通过TEM表征可以观察到反应前后的活性炭载体上的铂颗粒明显变大,而Pt/rGO-EG催化剂中的铂颗粒大小无明显增大,这主要是由于石墨烯褶皱的结构和石墨烯暴露的边缘有效的阻碍了铂粒径在反应中长大。
[Abstract]:Hydrogen energy is considered to be the most promising energy source in 21th century because of its cleanness, efficiency and sustainability. Therefore, finding a large scale and low cost hydrogen production method is the basis for developing hydrogen energy. The advantages of environmental protection are considered to be the ideal cycle for the large-scale production of hydrogen. The sulfur iodine cycle consists of the following three reaction processes:. Bunsen reaction: I _ 2 SO2 _ 2H _ 2O. 鈫扝2SO4 2HI. HI decomposition process: 2HI. 鈫扝2 I2. H2S04 decomposition process: H2SO4. 鈫扥2 0.5O2 H2O. The decomposition rate of HI in sulfur iodine cycle is the only process of hydrogen production, and its decomposition rate has a great influence on the thermal efficiency of the whole system. The decomposition rate of HI in the absence of catalyst is very low even at 500 鈩，

本文编号：1494097