负载型Ni基双金属催化剂的化学镀法制备及其催化制氢性能研究

发布时间：2020-04-18 12:02

【摘要】：21世纪全球能源领域面临着巨大挑战,以化石燃料为主的能源格局导致了全球范围内的环境、生态破坏。因此研究开发新型清洁能源越来越受到人们重视[1]。氢能具有燃烧性能好、燃烧热值高、无毒且燃烧使用过程不产生污染物等优点成为了新能源导向,氢能的大规模开发利用离不开清洁高效的制氢方法。碘化氢分解和硼氢化钠水解是两个极具特点的产氢反应。前者是碘硫热化学循环分解水制氢中的产氢步骤,后者NaBH4本身氢储量10.8 wt%,与水反应后产氢量达到其本身氢含量两倍。催化剂是这两个产氢反应顺利发生的关键。本论文以这两个反应为探针反应,开展负载型镍基催化剂的制备,表征及催化性能研究。本论文采用化学镀法制备了负载型镍基双金属(如Ni-Mo-P、Ni-Mo-B)催化材料,通过研究影响化学镀效果的关键因素(如载体活化、化学镀参数、还原剂种类等),探究化学镀法制备高分散纳米镍基双金属催化剂的制备规律。具体实验方法为:首先,以活性碳为载体,分别负载Pd及Ir为活化金属对载体进行活化,将活化的载体加入到以硼氢化钾或次磷酸钠为还原剂的Ni-Mo双金属镀液中,实施双金属的化学镀沉积,来制取负载型镍基双金属催化剂。其次,应用XRD、TEM、XPS等催化剂的物化性能表征技术对制得的催化材料进行表征。之后,催化剂催化性能用于两个不同的制氢反应进行表征,分别为HI分解以及硼氢化钠水解制氢。基于上述催化剂制备、表征及催化性能研究,探索负载型镍基双金属催化剂制备-结构-催化性能之间的关系,制备热稳定性高、催化活性优良,可连续产氢的负载型镍基双金属催化剂。XRD和TEM表征结果显示,化学镀所得催化剂中,活性金属呈纳米粒子高分散于活性碳载体上。且反应后负载金属颗粒虽有所变大,但尺寸仍然比单Ni催化剂中负载颗粒小得多,说明Mo金属的添加增加了催化剂的稳定性。在两个制氢催化反应表征催化剂活性后,研究得出最适宜催化剂组成为10%Ni1.0%Mo/AC。上述研究结果为进一步开展化学镀法制备高活性催化剂提供了实验上的参考。
【图文】：

金镀层,对合,合金镀层

合金热稳定性的一种很好的方法。张信义［６］等以退火Ｑ２３５钢为基体，碱性镀液中逡逑施锻合成Ｎｉ－Ｍ0－Ｐ合金。并在Ｈ２Ｓ0４溶液中进行制得的合金材料的耐蚀性能研宄。逡逑研宄结果为：如图１．１，ｐＨ值低于７时，钼难以实现沉积，随着ｐＨ值的增加，镀逡逑层中钼含量增加，磷含量降低。增加镀液中Ｍｏ０４２＿含量，亦可以增加镀层中钼元素逡逑含量，但同时降低了合金的沉积速度。合金镀层中磷含量可以通过调节ＮａＨ２Ｐ０２逡逑与ＮｉＣｌ２的浓度比来控制，在试验工艺条件下，当其浓度比大于３：２时，，可获得磷含逡逑量高于９％的合金镀层。低磷合金镀层为晶态结构，高磷合金镀层则为非晶态结构。逡逑－３邋－逡逑

谱图,沉积系,化学镀,谱图

逡逑ＸＲＤ表征结果如图１．２所示，四种样品ＸＲＤ图均只出现一个峰。Ｍｏ与Ｗ以逡逑＿溶体的形态出现在沉积样品中，Ｎｉ中Ｍｏ与Ｗ溶解度分别为３８邋ｗｔ％和３９邋ｗｔ％，逡逑因此ＸＲＤ表征图中只出现Ｎｉ邋（１１１）峰。逡逑Ｎｉ（１邋１邋１逡逑ｉ邋ｌ．逡逑Ｃ逦ｒ逦＂邋（ａ）逡逑逦逦Ｘ逦⑷逡逑逦逦（？＞）逡逑逦⑷逡逑？邋ｉ逦？邋ｉ逦■邋ｉ邋？邋ｒ邋１邋ｉ逦＇邋ｉ逦？邋ｉ邋？邋ｉ逦？逡逑０逦１０逦２０逦３０逦４０逦５０逦６０逦７０逦８０逦９０逡逑２邋／邋ｄｅｇ逡逑ａ邋Ｎｉ－Ｐ；邋ｂ邋ＮｈＷ－Ｐ；邋ｃ邋ＮｈＭｏ－Ｐ；邋ｄ邋ＮｈＷ－Ｍｏ－Ｐ逡逑图１．２化学镀沉积系列合金ＸＲＤ谱图逡逑Ｆｉｇ．邋１．２邋ＸＲＤ邋ｐａｔｔｅｒｎｓ邋ｏｆ邋Ｎｉ－ｂａｓｅｄ邋ａｌｌｏｙ邋ｆｉｌｍｓ邋ｗｉｔｈ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｋｉｎｄｓ邋ｏｆ邋ｍｅｔａｌｓ逡逑Ｎｉ－Ｐ沉积样品晶面间距２．０３埃，引入Ｍｏ后，Ｎｉ晶格膨胀，Ｎｉ－Ｍ0－Ｐ晶面间逡逑距为２．０４埃，晶面间距相对Ｍ－Ｐ来说变化较不明显。由于Ｍ－Ｍｏ－Ｐ样品中Ｐ含逡逑量较高，ＸＲＤ表征图谱呈无定型状态。应用德拜谢乐公式可计算晶粒大小，结果逡逑表明Ｎｉ－Ｐ晶粒２．２邋ｎｍ，引入Ｍｏ后Ｎｉ－Ｍｏ－Ｐ晶粒大小仍然为２．２邋ｎｍ。逡逑１．１．３化学镀法制备催化剂逡逑化学镀法就是这样一种极具潜力的沉积金属的方法。化学镀技术已广泛应用逡逑于许多领域。然而，将化学镀技术用于多相催化相关领域不过２０余年，主要体现逡逑在两个方面：一方面是将化学镀技术用于制备钯基或镍基复分离膜，并将其用于相逡逑关的膜催化反应［８’９］。另一方面应用是制备负载型单金属催化剂
【学位授予单位】：中国石油大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ116.2;TQ426.82

【参考文献】