硼氢化钠醇解制氢负载型催化剂的制备及性能研究
发布时间：2020-07-13 04:36
【摘要】：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(NaBH_4-4CH_3OH)制氢燃料电池因硼氢化钠储氢密度高(10.8 wt.%)、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NaBH_4-4CH_3OH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10～20 nm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21.19 L·min~(-1)·g~(-1),活化能为34.35 kJ·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1.93 L·min~(-1)·g~(-1),反应活化能为41.1 kJ·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-Nifoam催化剂。其中,碳纳米管管径约为70 nm,Co-Mo-P三元合金纳米颗粒粒径约为80 nm。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2.64 L·min~(-1).g~(-1) 反应活化能为 47.27 kJ.mol~(-1)。
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ426;TQ116.2
【图文】：
逦北京化工大学硕士学位论文逦逡逑强的耐硫性能。自热重整对压力的要求相对较低。自然重整和部分氧化过程不需外部逡逑热源进行加热。然而，这两种过程都需要加入纯氧，这增加了氧气分离装置的复杂性逡逑和成本。与其他化石燃料改造技术相比，蒸汽重整（特别是蒸汽甲烷重整）是生产氢的逡逑最便宜也是最常见的方法［５］。逡逑目前，化石燃料制氢在全球氢供应中仍占主导地位，因为其生产成本与燃料价格逡逑密切相关，而燃料价格仍保持在可接受的水平。但是，化石燃料制氢违背了利用氢能逡逑实现零排放和绿色经济的最终目标。因此，氢能源领域的研究者逐步探索其他绿色的逡逑制备氢气的方法［６］。逡逑
由于双金属合金催化剂具有较单金属催化剂催化活性高成本低的优点，越来越多逡逑的人开始在贵金属中加入非贵金属。Ｗａｎｇ等人使用浸渍还原法制备了不同比例的逡逑钌钴合金纳米颗粒，制备流程如图１－４。将不同比例的钌钴合金用于催化硼氢化钠醇逡逑解制氢，结果如图１－５所示。当钌钴比例大于等于３时，钌钴催化剂的催化性能高于逡逑纯钌。随着钴加入量的进一步增加，在钌钴比例为６时，钌钴催化剂的催化性能降低。逡逑这是因为钌钴合金之间存在电子转移，这种协同效应在一定的比例下最为合适。在逡逑２５°Ｃ下，Ｒｕ／Ｃ催化硼氢化钠醇解制氢的最高速率６．０６Ｌ＿ｍｉｎ＜ｇ＇而Ｒｕ５Ｃｏ／Ｃ催化逡逑硼氢化钠醇解制氢的最高速率为９．３６邋Ｌ＿ｍｉｎ＜ｇ＇反应活化能为３０．１邋ｋｌｍｏｒ１。逡逑ｗ｜？ｒ逡逑Ｉ邋１０ｈ逡逑９0？ｃ．３ｔｉ逡逑｜Ｈｙ４ｒｏｇｆｔｆｔ邋ｇ？ｆ0ｅｆ＾ｏｎ逡逑於￥邋，kN邋奢O嗗义希恚停蹋礤逵危礤澹哄危礤义贤迹保村澹遥酰茫铮么呋恋闹票噶鞒掏煎义希疲椋纾澹保村澹校颍澹穑幔颍幔簦椋铮铄澹铮驽澹遥酰茫铮缅澹猓椋恚澹簦幔欤欤椋沐澹睿幔睿铮穑幔颍簦椋悖欤邋澹悖幔簦幔欤螅簦螅义希瑰义
本文编号：2752970
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ426;TQ116.2
【图文】：
逦北京化工大学硕士学位论文逦逡逑强的耐硫性能。自热重整对压力的要求相对较低。自然重整和部分氧化过程不需外部逡逑热源进行加热。然而，这两种过程都需要加入纯氧，这增加了氧气分离装置的复杂性逡逑和成本。与其他化石燃料改造技术相比，蒸汽重整（特别是蒸汽甲烷重整）是生产氢的逡逑最便宜也是最常见的方法［５］。逡逑目前，化石燃料制氢在全球氢供应中仍占主导地位，因为其生产成本与燃料价格逡逑密切相关，而燃料价格仍保持在可接受的水平。但是，化石燃料制氢违背了利用氢能逡逑实现零排放和绿色经济的最终目标。因此，氢能源领域的研究者逐步探索其他绿色的逡逑制备氢气的方法［６］。逡逑
由于双金属合金催化剂具有较单金属催化剂催化活性高成本低的优点，越来越多逡逑的人开始在贵金属中加入非贵金属。Ｗａｎｇ等人使用浸渍还原法制备了不同比例的逡逑钌钴合金纳米颗粒，制备流程如图１－４。将不同比例的钌钴合金用于催化硼氢化钠醇逡逑解制氢，结果如图１－５所示。当钌钴比例大于等于３时，钌钴催化剂的催化性能高于逡逑纯钌。随着钴加入量的进一步增加，在钌钴比例为６时，钌钴催化剂的催化性能降低。逡逑这是因为钌钴合金之间存在电子转移，这种协同效应在一定的比例下最为合适。在逡逑２５°Ｃ下，Ｒｕ／Ｃ催化硼氢化钠醇解制氢的最高速率６．０６Ｌ＿ｍｉｎ＜ｇ＇而Ｒｕ５Ｃｏ／Ｃ催化逡逑硼氢化钠醇解制氢的最高速率为９．３６邋Ｌ＿ｍｉｎ＜ｇ＇反应活化能为３０．１邋ｋｌｍｏｒ１。逡逑ｗ｜？ｒ逡逑Ｉ邋１０ｈ逡逑９0？ｃ．３ｔｉ逡逑｜Ｈｙ４ｒｏｇｆｔｆｔ邋ｇ？ｆ0ｅｆ＾ｏｎ逡逑於￥邋，kN邋奢O嗗义希恚停蹋礤逵危礤澹哄危礤义贤迹保村澹遥酰茫铮么呋恋闹票噶鞒掏煎义希疲椋纾澹保村澹校颍澹穑幔颍幔簦椋铮铄澹铮驽澹遥酰茫铮缅澹猓椋恚澹簦幔欤欤椋沐澹睿幔睿铮穑幔颍簦椋悖欤邋澹悖幔簦幔欤螅簦螅义希瑰义
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