甲酸低温分解制氢炭负载金钯纳米合金催化剂的研究

发布时间：2020-07-25 13:33

【摘要】：能源匮乏和环境污染是人类面临的两大挑战。为了实现人类社会的可持续发展,开发安全、高效的新型清洁能源极为迫切。其中,氢能因其来源丰富,热值高,环境友好,以及在氢质子膜燃料电池中的应用,受到研究者的广泛关注。氢气的可控产生、储存和运输成为制约氢能经济发展的瓶颈。化学储氢即通过化学物质如硼氢化合物、水合肼和甲酸等在合适的催化剂在适宜的条件下进行氢气的可控储存和释放。它能够克服经典的储氢技术在能量密度、安全和有效性方面存在的问题。本文研究了催化甲酸分解制氢的负载型多相催化剂的制备,通过对载体和活性组分的筛选和修饰并且选择合适的制备方法,合成了对甲酸分解制氢具有高活性和选择性的炭负载的金钯纳米催化剂。本文中用到的载体为炭黑,炭黑是合成负载型纳米催化剂的常用载体,活性组分为金钯的纳米合金,选用的合成方法是低温液相共还原的方法。通过对合成过程中温度、金钯的原子摩尔比例以及外加金属离子等条件的选择,调控纳米粒子的成核和生长过程。XRD、TEM、XPS、UV-Vis的结果都表明合成的催化剂为炭负载的高度分散度金钯合金纳米催化剂,纳米粒子的粒径大约为2到3纳米。本论文主要分为两部分：(1)通过低温水相还原的方法制备出分散度较好炭负载金钯纳米合金催化剂,该催化剂在接近零摄氏度的条件下就可以催化甲酸-甲酸钠体系快速的产生氢气和二氧化碳。其初始TOF高达63511-1。在室温下催化剂的催化甲酸分解的初始TOF高达1075h-1。反应的活化能为21.98 kJ/mol。负载的金钯纳米催化剂对甲酸分解的催化活性要远远高于负载的金纳米催化剂和负载的钯纳米催化剂的催化活性。结果表明通过添加第二种金属对钯纳米催化剂表面进行改性修饰,可以提高钯纳米催化剂的抗一氧化碳毒化性能和催化性能。高角度环形暗场扫描透射图(HAADF-STEM)显示金钯均匀地分布在金属纳米粒子中。并且考察了合成温度和金钯的原子摩尔比例对合成的纳米催化剂催化活性的影响,实验结果表明随着反应温度的降低,合成的纳米粒子的平均粒径减小。这可能是由于温度对纳米粒子合成过程中的成核、生长以及聚集具有一定的影响。并且合成催化剂的催化活性也随着温度的降低而增大。表明纳米催化剂的粒径越小,与反应底物接触面积越大,催化活性越好。(2)通过添加适当的表面活性剂、聚合物、配体、其他离子以及调控合成反应条件,可以实现对纳米粒子的成核、生长和聚集速率优化控制。最终得到粒径较小、粒径分布范围较窄、组成均匀的双金属催化剂。在这一部分我们主要讲述在-3℃的条件下,镁离子低温辅助合成碳负载的金钯纳米催化剂。该催化剂在室温下具有很好的催化活性和选择性。其在室温下催化甲酸分解制氢的初始TOF高达1530 h-1。这是文献中很少报道的。这对于推动甲酸分解制氢的实际应用具有重要的意义。同时该合成方法对金属纳米催化剂的合成具有借鉴意义。
【学位授予单位】：南开大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O643.36;TQ116.2

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本文编号：2769889