大气压冷等离子体制备Pd基甲酸脱氢催化材料的研究
发布时间：2021-03-27 17:27
甲酸（HCOOH）是一种廉价、无毒、易于储存和运输的丰富可再生制氢资源。以HCOOH作为储氢介质的直接甲酸燃料电池的开发和利用是解决能源消耗和环境恶化问题的有效方法。本论文以活性炭为载体,H2PdCl4为钯源,利用一种简单的大气压介质阻挡放电冷等离子体制备Pd基催化材料,并应于HCOOH脱氢。主要研究结果如下:探究大气压冷等离子体放电气氛（H2、O2、Ar、Air）以及冷等离子体和热还原处理顺序对Pd/C结构和性能的影响。以H2为冷等离子体放电气氛且以先热还原再冷等离子体的处理方式制备的Pd/C-CP（Pd/C-H2P）催化HCOOH脱氢活性最佳。H2放电产生较强的单通道放电及放电产生较多还原性活性氢物种,促进Pd活性物种迁移至载体表面,使得Pd/C-CP不仅具有较高的表面Pd/C原子比（0.229）及金属Pd含量、还具有较小的Pd粒径（2.6 nm）。相比之下,O2和Air中电负性氧放电剧烈,导致碳载体严重烧蚀...
【文章来源】：大连大学辽宁省
【文章页数】：99 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
可持续H2生成、储存和利用的循环[36]
会分解，而且HCOOH的分解也不是单一的，存在两种分解途径：脱水和脱氢[39,41-46]。脱氢：HCOOH(l)=H2(g)+CO2(g)△G298K=-35.0kJ·mol-1（1.1）脱水：HCOOH(l)=H2O(l)+CO(g)△G298K=-14.9kJ·mol-1（1.2）脱氢分解过程是HCOOH分解的主要途径，也是制氢所希望发生的过程，且脱氢途径与脱水途径相比更有利。HCOOH脱水过程可形成水和一氧化碳(CO)而不是H2和CO2，它会降低H2的产生效率，形成的CO分子对催化材料有毒，从而造成Pd催化材料失活[47-49]。据报道催化材料中金属颗粒的表面结构对HCOOH脱氢的选择性催化作用产生很大影响。图1.2显示了甲酸盐在金属活性位点的平台上桥接以产生H2和CO2（a过程），而b过程表明甲酸盐在分离的或低配位的区域上连接以释放CO和H2O[50]。因此，研究者迫切希望通过调控催化材料表面金属粒子结构制备高选择性HCOOH脱氢催化材料，将HCOOH朝着脱氢方向分解而非脱水生成有害气体CO。图1.2金属颗粒的表面结构对甲酸分解的影响[50]Fig.1.2EffectofsurfacestructureofmetalparticlesondecompositionofHCOOH
大连大学硕士学位论文81.3负载型Pd基甲酸脱氢催化材料1.3.1负载型Pd基催化材料概述钯(Pd)是第五周期Ⅷ族铂系元素[70]，是航天航空等高科技领域、汽车制造业和工业催化行业尤其在催化领域不可缺少的关键材料。以Pd为主要活性金属的负载型Pd催化材料已经广泛应用于催化有机物加氢反应[71]、汽车尾气净化[72]、Suzuki偶联反应[73]、挥发性有机物(VOCs)脱除[74]、HCOOH燃料电池[75]等方面。其中负载型Pd基催化材料在催化HCOOH分解制氢方面性能非常突出。由于Pd是一种地球含量较少的稀有金属，在保证较高的催化性能情况下，实现Pd的高效利用将是催化行业研究的重点方向。1.3.2负载型Pd基甲酸脱氢催化材料制备方法提高Pd基HCOOH脱氢催化材料性能的本质，在于增强其活性和稳定性。Pd基HCOOH脱氢催化材料分解HCOOH的活性主要受Pd纳米颗粒的团聚、催化材料表面上HCOOH的强吸收、CO的中毒或通过液相浸出降低Pd负载量等方面的影响[76]。其中，纳米粒子尺寸是影响其活性的最重要的一方面，如图1.3所示，较小的粒子尺寸往往表现出更高的脱氢活性[77,78]。获得粒径孝分散性好的Pd基纳米粒子以及增强金属-载体相互作用是解决这些问题的有效途径。而制备方法是影响其粒径的重要因素，因此先前也有很多研究者尝试各种制备方法来提高HCOOH脱氢活性，目的是寻找一种既简单绿色，又具有优异催化活性的制备方法。常见的制备HCOOH脱氢催化材料的方法主要包括热还原法、化学还原法和沉积-沉淀法等：图1.3五种不同粒径Pd/C催化材料HCOOH脱氢活性[77]Fig.1.3HCOOHdehydrogenationactivityofPd/Ccatalyticmaterialswithfivedifferentparticlesizes
【参考文献】：
期刊论文
[1]低温等离子体制备与改性纳米催化材料的研究进展[J]. 苏风梅,张达,梁风. 应用化学. 2019(08)
[2]冷等离子体强化制备金属催化剂研究进展[J]. 李壮,底兰波,于锋,张秀玲. 物理学报. 2018(21)
[3]等离子体在绿色制备催化剂方面的应用:现状及展望（英文）[J]. 刘昌俊,李敏悦,王嘉琪,周昕瞳,郭秋婷,严金茂,李英芝. 催化学报. 2016(03)
博士论文
[1]甲酸脱氢催化剂的设计、制备和性能研究[D]. 王智力.吉林大学 2014
本文编号：3103896
【文章来源】：大连大学辽宁省
【文章页数】：99 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
可持续H2生成、储存和利用的循环[36]
会分解，而且HCOOH的分解也不是单一的，存在两种分解途径：脱水和脱氢[39,41-46]。脱氢：HCOOH(l)=H2(g)+CO2(g)△G298K=-35.0kJ·mol-1（1.1）脱水：HCOOH(l)=H2O(l)+CO(g)△G298K=-14.9kJ·mol-1（1.2）脱氢分解过程是HCOOH分解的主要途径，也是制氢所希望发生的过程，且脱氢途径与脱水途径相比更有利。HCOOH脱水过程可形成水和一氧化碳(CO)而不是H2和CO2，它会降低H2的产生效率，形成的CO分子对催化材料有毒，从而造成Pd催化材料失活[47-49]。据报道催化材料中金属颗粒的表面结构对HCOOH脱氢的选择性催化作用产生很大影响。图1.2显示了甲酸盐在金属活性位点的平台上桥接以产生H2和CO2（a过程），而b过程表明甲酸盐在分离的或低配位的区域上连接以释放CO和H2O[50]。因此，研究者迫切希望通过调控催化材料表面金属粒子结构制备高选择性HCOOH脱氢催化材料，将HCOOH朝着脱氢方向分解而非脱水生成有害气体CO。图1.2金属颗粒的表面结构对甲酸分解的影响[50]Fig.1.2EffectofsurfacestructureofmetalparticlesondecompositionofHCOOH
大连大学硕士学位论文81.3负载型Pd基甲酸脱氢催化材料1.3.1负载型Pd基催化材料概述钯(Pd)是第五周期Ⅷ族铂系元素[70]，是航天航空等高科技领域、汽车制造业和工业催化行业尤其在催化领域不可缺少的关键材料。以Pd为主要活性金属的负载型Pd催化材料已经广泛应用于催化有机物加氢反应[71]、汽车尾气净化[72]、Suzuki偶联反应[73]、挥发性有机物(VOCs)脱除[74]、HCOOH燃料电池[75]等方面。其中负载型Pd基催化材料在催化HCOOH分解制氢方面性能非常突出。由于Pd是一种地球含量较少的稀有金属，在保证较高的催化性能情况下，实现Pd的高效利用将是催化行业研究的重点方向。1.3.2负载型Pd基甲酸脱氢催化材料制备方法提高Pd基HCOOH脱氢催化材料性能的本质，在于增强其活性和稳定性。Pd基HCOOH脱氢催化材料分解HCOOH的活性主要受Pd纳米颗粒的团聚、催化材料表面上HCOOH的强吸收、CO的中毒或通过液相浸出降低Pd负载量等方面的影响[76]。其中，纳米粒子尺寸是影响其活性的最重要的一方面，如图1.3所示，较小的粒子尺寸往往表现出更高的脱氢活性[77,78]。获得粒径孝分散性好的Pd基纳米粒子以及增强金属-载体相互作用是解决这些问题的有效途径。而制备方法是影响其粒径的重要因素，因此先前也有很多研究者尝试各种制备方法来提高HCOOH脱氢活性，目的是寻找一种既简单绿色，又具有优异催化活性的制备方法。常见的制备HCOOH脱氢催化材料的方法主要包括热还原法、化学还原法和沉积-沉淀法等：图1.3五种不同粒径Pd/C催化材料HCOOH脱氢活性[77]Fig.1.3HCOOHdehydrogenationactivityofPd/Ccatalyticmaterialswithfivedifferentparticlesizes
【参考文献】：
期刊论文
[1]低温等离子体制备与改性纳米催化材料的研究进展[J]. 苏风梅,张达,梁风. 应用化学. 2019(08)
[2]冷等离子体强化制备金属催化剂研究进展[J]. 李壮,底兰波,于锋,张秀玲. 物理学报. 2018(21)
[3]等离子体在绿色制备催化剂方面的应用:现状及展望（英文）[J]. 刘昌俊,李敏悦,王嘉琪,周昕瞳,郭秋婷,严金茂,李英芝. 催化学报. 2016(03)
博士论文
[1]甲酸脱氢催化剂的设计、制备和性能研究[D]. 王智力.吉林大学 2014
本文编号：3103896
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxuehuagong/3103896.html
