多金属氧酸盐对Pt-C纳米催化材料结构特性与制氢性能的调变规律

发布时间：2018-03-13 01:07

  本文选题：氨硼烷水解制氢　切入点：Pt/CNT催化剂　出处：《华东理工大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：氢气是一种清洁、高效的理想能量载体,以其为燃料的质子交换膜燃料电池被认为是后石油时代人类解决当前能源问题的理想途径之一。氨硼烷(AB)水解制氢因原料具有储氢含量高、反应条件温和、产生的氢气纯度高等优点,具有重要的研究和开发价值。本文针对Pt-C纳米复合物催化氨硼烷水解制氢体系,以CNT为载体,重点研究多金属氧酸盐(POM)对该催化剂结构特性与制氢性能(活性、稳定性及动力学效应)的影响,建立催化剂结构与性能之间的构-效关系,为高效低成本氨硼烷水解催化剂的设计与优化提供指导。(1)研究了 Pt/CNT纳米复合物催化AB水解制氢体系的反应特性,采用N2物理吸附、H_2-TPR、HAADF-STEM、XPS等表征了该催化剂的结构特性,并将该催化剂产氢活性与文献报道的Pt基催化剂产氢活性相比较,发现以CNT为载体制备的Pt纳米催化剂具有独特的结构特性,因而表现出较高的产氢活性。(2)探究了多金属氧酸盐对Pt/CNT纳米复合物催化AB水解制氢性能的影响,发现硅钨酸(STA)的添加显著提高了催化剂的产氢活性和稳定性,而磷钨酸(PTA)和磷钼酸(PMA)的添加表现出了显著的抑制效应。进一步结合动力学分析、同位素实验以及反应前后催化剂的结构表征(如HAADF-STEM、EDX、XPS、Raman、ICP等),揭示了相较于PTA和PMA,STA的添加有利于提高Pt催化剂的结合能、稳定Pt纳米颗粒、降低AB水解活化能以及促进反应物水分子的活化等,是引起STA-Pt/CNT纳米复合物表现出较好催化性能的主要原因,并据此建立了催化剂结构与产氢性能之间的构-效关系。(3)对比研究了氧化态STA和还原态STA(RSTA)的添加以及它们的浓度对Pt/CNT纳米复合物催化AB水解制氢性能的影响,通过对反应前后的催化剂及溶液进行UV-vis、HAADF-STEM、EDX、Raman、ICP、XPS等表征,发现STA和RSTA的添加均能提高催化剂的产氢性能,其中当nw:nPt配比较低时,RSTA预先活化AB是导致RSTA-Pt/CNT纳米复合物具有较高产氢活性的主要原因,而当nw:nPt配比较高时,STA调变Pt纳米颗粒电子结构是STA-Pt/CNT纳米复合物具有较高产氢的活性的主要原因,并据此提出了 STA促进Pt/CNT纳米复合物催化AB水解制氢反应进行的可能调变机理。
[Abstract]:Hydrogen is a clean, efficient energy carrier. Proton exchange membrane fuel cell (PEMFC), which is used as fuel, is considered to be one of the ideal ways to solve the current energy problem in the post-petroleum era. The hydrogen produced is of high purity, so it has important research and development value. In this paper, CNT is used as the carrier for the hydrolysis of ammonioborane to produce hydrogen by Pt-C nanocomposites. The influence of polyoxometalate (POM) on the structure and hydrogen production performance (activity, stability and kinetic effect) of the catalyst was studied, and the structure-activity relationship between the structure and performance of the catalyst was established. To provide guidance for the design and optimization of high efficiency and low cost ammonia-borane hydrolysis catalyst, the reaction characteristics of AB hydrolysis system catalyzed by Pt/CNT nanocomposites were studied. The structural characteristics of the catalyst were characterized by N _ 2 physical adsorption H2-TPRN HAADF-STEM-XPS, etc. The hydrogen production activity of the catalyst was compared with that of the reported Pt-based catalyst. It was found that the Pt nanocatalyst prepared with CNT as the support had unique structural characteristics. Therefore, the effect of polyoxometalates on the catalytic activity of Pt/CNT nanocomposites for the hydrolysis of AB for hydrogen production was investigated. It was found that the addition of STAS) significantly improved the activity and stability of the catalysts. The addition of phosphotungstic acid (PTAA) and phosphomolybdate (PMA) showed significant inhibitory effect. Isotopic experiments and structural characterization of the catalysts before and after the reaction (such as HAADF-STEMN EDX, XPS, Raman ICP, etc.) reveal that the addition of PTA and PMANTA can improve the binding energy of Pt catalysts and stabilize Pt nanoparticles. Decreasing the activation energy of AB hydrolysis and promoting the activation of water molecules of reactants are the main reasons for the STA-Pt/CNT nanocomposites to exhibit better catalytic performance. Based on this, the structure-activity relationship between the structure of the catalyst and the hydrogen production performance was established. The effects of the addition of oxidized STA and reduced STARSTAS and their concentrations on the catalytic activity of Pt/CNT nanocomposites for the hydrolysis of AB to hydrogen were studied. The catalyst and solution before and after the reaction were characterized by UV-vis-HAADF-STEM-EDX STA and RSTA. It was found that the addition of STA and RSTA could improve the hydrogen production performance of the catalyst. When the nw:nPt ratio is low, the pre-activation of AB is the main reason for the higher hydrogen activity of RSTA-Pt/CNT nanocomposites. When the nw:nPt ratio is high, the electronic structure of Pt nanoparticles is the main reason for the high hydrogen production of STA-Pt/CNT nanocomposites. Based on this, the possible modulation mechanism of STA to catalyze the hydrolysis of AB to produce hydrogen by Pt/CNT nanocomposites is proposed.
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O643.36;TQ116.2

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本文编号：1604115