以MXene为载体的负载型金属纳米催化剂的制备及其催化制氢性能研究
发布时间：2021-10-19 12:02
为了应对大量使用化石能源所产生的环境污染和能源问题,人们开始减少化石能源的使用,寻求绿色环保可再生的替代能源。氢能具有来源广、产物无污染、能量密度高的特点,是未来社会的一种理想的清洁能源。在众多储氢材料中,化学储氢材料如水合肼、氨硼烷等具有储氢密度高、化学稳定性好等优点,被认为是极有潜力的储氢材料。利用低成本的催化剂在较低的温度范围内（273-353 K）快速、完全地催化分解产生氢气,实现水合肼、氨硼烷等化学储氢材料的工业化制氢,是氢能大规模应用的关键。本论文以二维纳米材料MXene为载体,设计合成了一系列负载型金属纳米催化剂用于催化水合肼或氨硼烷分解制氢,主要研究内容如下:（1）研究以MXene为载体负载RhNi合金纳米颗粒的负载型催化剂的制备方法及载体MXene对催化剂催化水合肼分解制氢性能的影响。以硼氢化钠为还原剂,将RhNi合金纳米颗粒负载到MXene表面,制备出不同摩尔比例的RhNi/MXene催化剂。TEM表征结果显示,Rh0.8Ni0.2纳米粒子均匀分散在MXene表面,平均粒径为2.8 nm。在所有RhNi/MXene催化剂中...
【文章来源】：青岛科技大学山东省
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
016年一次能源消费结构
水合肼在受热或者催化剂作用下会发生分解，分解方程式如下[26]：N2H4·H2O → 2H2+ N2+ H2O (1-1)3N2H4·H2O → N2+ 4NH3+ 3H2O (1-2)式 (1-1) 表明，1 mol 水合肼完全分解可释放出 2 mol H2和 1 mol N2，式 (1-2) 则表示水合肼的另一分解途径，水合肼分解会产生 N2和 NH3。经过大量研究发现，水合肼中 N-H 键和 N-N 键的断裂顺序是影响反应途径的关键因素，当 N-H 键优先断裂时，H 原子会相互结合形成 H2，若是 N-N 键优先断裂，则会产生NH2*，NH2*与 H 原子结合后，就会生成副产物 NH3，NH3不仅难以分离，而且会毒化 Nafion 膜及燃料电池催化剂。因此，研发低成本、高效、100%氢气选择性的分解制氢催化剂是水合肼能作为工业化储氢材料应用的关键。1.2.2.2 氨硼烷氨硼烷 (NH3·BH3，AB) 是一种基本的硼氮化物，其结构图如图 1-2 所示，常温常压下以白色固体形式稳定存在，无毒性，在水中的溶解度为 33.6 g[27]，含氢量高达 19.6wt%。近年来随着能源问题的不断加重，氨硼烷以其极高的储氢密度吸引了广大研究者的目光，成为一种很有潜力的储氢材料。
发生在 150C，再释放出 1 当量氢气；然而只有当温度继续上升到 1400C 时，发生第三步放氢反应，释放出最后 1 当量氢气。如此之高的热解温度几乎不应用于实际。因此，热解制氢不是氨硼烷的一种理想制氢方式。与热解制氢、醇解制氢相比，水解制氢具有反应条件温和、制氢成本低等优是目前氨硼烷制氢最主要的方式。氨硼烷在水中具有较高的溶解度，且在水中能够稳定存在，通过添加适当的催化剂后，能够在比较温和的条件下发生反应快速释放氢气，1 mol 的氨硼烷在适当催化剂的催化作用下，就可以完应释放出 3 mol 氢气。其水解反应的方程式如下：NH3·BH3+ 2H2O → NH4BO2+ 3H2(1-6Xu[30]等人曾对氨硼烷水解反应的机理进行解释，如图 1-4 所示，他们认为氨分子首先吸附在金属催化剂表面，与催化剂形成活性复合体，然后在水分子用下，活性复合体中的 B-N 键发生断裂，形成 BH3，BH3又进一步水解形成并释放出 H2。最早在 2003 年，Jaska[31]等人发现 Rh 的化合物可以催化氨硼解制氢，在随后的十几年中，大量具有优异催化性能的氨硼烷催化剂被开发，极大地提高了氨硼烷水解制氢的实际应用价值。
【参考文献】：
期刊论文
[1]世界各国氢能源经济发展举措分析[J]. 张博,万宏,徐可忠,李雪静,魏寿祥. 国际石油经济. 2017(09)
[2]国外氢能源经济发展现状及对我国的启示[J]. 马涛. 节能技术. 2008(04)
[3]氢能源——未来的绿色能源[J]. 刘江华. 现代化工. 2006(S2)
[4]水合肼及其应用[J]. 陶建军. 中国氯碱. 2006(11)
[5]氢能的开发现状及应用前景[J]. 王卫兵. 运城学院学报. 2006(02)
[6]21世纪理想的能源—氢能[J]. 王毅波. 能源研究与信息. 2003(02)
硕士论文
[1]水合肼分解制氢镍基催化剂的成分调控与性能研究[D]. 丘玉萍.华南理工大学 2018
本文编号：3444833
【文章来源】：青岛科技大学山东省
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
016年一次能源消费结构
水合肼在受热或者催化剂作用下会发生分解，分解方程式如下[26]：N2H4·H2O → 2H2+ N2+ H2O (1-1)3N2H4·H2O → N2+ 4NH3+ 3H2O (1-2)式 (1-1) 表明，1 mol 水合肼完全分解可释放出 2 mol H2和 1 mol N2，式 (1-2) 则表示水合肼的另一分解途径，水合肼分解会产生 N2和 NH3。经过大量研究发现，水合肼中 N-H 键和 N-N 键的断裂顺序是影响反应途径的关键因素，当 N-H 键优先断裂时，H 原子会相互结合形成 H2，若是 N-N 键优先断裂，则会产生NH2*，NH2*与 H 原子结合后，就会生成副产物 NH3，NH3不仅难以分离，而且会毒化 Nafion 膜及燃料电池催化剂。因此，研发低成本、高效、100%氢气选择性的分解制氢催化剂是水合肼能作为工业化储氢材料应用的关键。1.2.2.2 氨硼烷氨硼烷 (NH3·BH3，AB) 是一种基本的硼氮化物，其结构图如图 1-2 所示，常温常压下以白色固体形式稳定存在，无毒性，在水中的溶解度为 33.6 g[27]，含氢量高达 19.6wt%。近年来随着能源问题的不断加重，氨硼烷以其极高的储氢密度吸引了广大研究者的目光，成为一种很有潜力的储氢材料。
发生在 150C，再释放出 1 当量氢气；然而只有当温度继续上升到 1400C 时，发生第三步放氢反应，释放出最后 1 当量氢气。如此之高的热解温度几乎不应用于实际。因此，热解制氢不是氨硼烷的一种理想制氢方式。与热解制氢、醇解制氢相比，水解制氢具有反应条件温和、制氢成本低等优是目前氨硼烷制氢最主要的方式。氨硼烷在水中具有较高的溶解度，且在水中能够稳定存在，通过添加适当的催化剂后，能够在比较温和的条件下发生反应快速释放氢气，1 mol 的氨硼烷在适当催化剂的催化作用下，就可以完应释放出 3 mol 氢气。其水解反应的方程式如下：NH3·BH3+ 2H2O → NH4BO2+ 3H2(1-6Xu[30]等人曾对氨硼烷水解反应的机理进行解释，如图 1-4 所示，他们认为氨分子首先吸附在金属催化剂表面，与催化剂形成活性复合体，然后在水分子用下，活性复合体中的 B-N 键发生断裂，形成 BH3，BH3又进一步水解形成并释放出 H2。最早在 2003 年，Jaska[31]等人发现 Rh 的化合物可以催化氨硼解制氢，在随后的十几年中，大量具有优异催化性能的氨硼烷催化剂被开发，极大地提高了氨硼烷水解制氢的实际应用价值。
【参考文献】：
期刊论文
[1]世界各国氢能源经济发展举措分析[J]. 张博,万宏,徐可忠,李雪静,魏寿祥. 国际石油经济. 2017(09)
[2]国外氢能源经济发展现状及对我国的启示[J]. 马涛. 节能技术. 2008(04)
[3]氢能源——未来的绿色能源[J]. 刘江华. 现代化工. 2006(S2)
[4]水合肼及其应用[J]. 陶建军. 中国氯碱. 2006(11)
[5]氢能的开发现状及应用前景[J]. 王卫兵. 运城学院学报. 2006(02)
[6]21世纪理想的能源—氢能[J]. 王毅波. 能源研究与信息. 2003(02)
硕士论文
[1]水合肼分解制氢镍基催化剂的成分调控与性能研究[D]. 丘玉萍.华南理工大学 2018
本文编号：3444833
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/hxgylw/3444833.html
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