三维石墨烯负载镍钴催化剂的制备及在临汾褐煤电催化还原中的应用
发布时间：2022-01-15 07:51
本论文结合水热还原法和冷冻干燥技术制备出三维石墨烯负载镍钴双金属电催化剂（3D Ni-Co/G）,并以负载不同金属的石墨烯复合材料作为工作电极,采用循环伏安法和电流-时间曲线法,在三电极体系下,H型隔膜密闭电解池中,系统地研究了该催化剂对煤模型化合物和山西临汾褐煤（LL）电化学还原反应的催化活性和稳定性。主要研究结果如下:（1）用X射线衍射、扫描电子显微镜（SEM）和高分辨透射电子显微镜结合能谱分析等方法表征合成的催化剂。结果显示,所制备的催化剂为三维结构的镍钴双金属/石墨烯复合材料,具有高达498.11 m2/g的比表面积且以介孔结构为主。通过调控镍/钴前驱体的比例和煅烧温度,制得不同粒径（11 nm左右）的金属催化剂。（2）将3D Ni-Co/G催化剂制成相应的溶液涂在玻碳电极（GCE）表面作为工作电极,以DMF作为溶剂、EtOH为氢源、Bu4NBr为支持电解质,研究3D Ni-Co/G催化1-乙酰萘、二苄醚和蒽三种模型化合物在GCE上的循环伏安行为,并用高分辨质谱仪和气相色谱-质谱联用仪（GC-MS）对还原产物进行定性分析以评价催化剂的...
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：109 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
煤结构示意图
2实验部分152.2.4催化剂制备的技术路线氧化石墨烯（GO）冷冻干燥乙二醇NiCo(OH)x/GO真空抽滤磁力搅拌浸渍洗涤水热合成180oC多孔3DNi-Co/G石墨粉改进的Hummers法制备Ni(Ac)2.4H2OCo(Ac)2.4H2OH2GO分散液定向冷冻煅烧多孔前驱体F127磁力搅拌图2-2多孔3DNi-Co/G的制备路线Scheme2-2Synthesisroutesofporous3DNi-Co/G微波辐射GO分散液干燥多孔Ni-N/G煅烧NiCl2.4H2O磁力搅拌N-甲基咪唑溴代正丁烷洗涤1-丁基-3-甲基咪唑溴盐([BMim]Br)N乙醚260oC浸渍H2F127多孔前驱体纯化图2-3多孔Ni-N/G的制备路线Scheme2-3Synthesisroutesofporous3DNi-N/G图2-4催化剂合成过程示意图Figure2-4Schematicdiagramofcatalystsynthesisprocess2.2.5催化剂表征（1）XRD：使用CuKα辐射源通过XRD鉴定电催化剂的相组成。在3-80°区间内以12.5°/min的扫描速率记录。X射线衍射仪（德国布鲁克，D8-ADVANCE）在λ=0.15432nm，40kV的管电压和30mA的管电流下工作，用于研究所得催化剂的晶体结构。（2）SEM：通过SEM（Hitachi，SU8010）对催化剂的形貌及结构进行表征，放大倍数20X-800,000X，用以研究催化剂的表面形态。
2实验部分17称取1g实验煤样置于离心管中，在室温下以3000r/min在离心机中离心15min，测定煤样初始高度h1。然后分别加入制备的体积相同的不同种类的IL，搅拌使煤与IL充分接触，静置，每隔一段时间测定一次离心管中煤样的高度，直至不变，再在上述条件下进行离心操作，得到煤高度h2。为了减少误差，要将上述操作重复3次，取平均值。采用体积法对煤的溶胀度进行测定，如图2-5所示。溶胀度由下面公式计算：Q=h2/h1。在这一部分考察溶胀时间和溶胀温度对煤溶胀度大小的影响。图2-5体积法测定煤溶胀度的过程示意图Figure2-5Schematicdiagramoftheprocessofmeasuringcoalswellingdegreebyvolumemethod2.4电催化实验（ElectrocatalysisExperiments）2.4.1煤模型化合物的电催化还原电解装置和电解实验：使用CHI660E电化学工作站（上海辰华仪器公司）在三电极的电解池中评估3DNi-Co/G对煤模型化合物的电催化活性。制备电极的步骤如下：将催化剂（4mg）添加到40L的Nafion溶液和380L的乙醇溶液，380L水中，并超声处理30min。将6L配置好的溶液滴涂在玻碳电极（GCE，d=3mm）上，以达到0.428mg/cm2的催化剂负载量，并在室温下干燥。工作电极在实验前先用0.3L的Al2O3在专用麂皮上打磨，再分别用EtOH和去离子水对其进行清洗，电极清洗干净后要用高纯氮气吹干以防止电极表面被氧化。在此实验中，饱和Ag/AgCl用作参比电极，铂片为对电极。在电解池中加入DMF，EtOH，四丁基溴化铵（Bu4NBr）和相应的模型化合物，放置处理好的电极，进行电化学测试。大多数电化学还原反应以水为氢源，但是因为本实验中所使用的有机溶剂不易溶于水，且使用水作溶剂会使得反应过程中工作电极极易出现双金属材料剥落的现象，因此本电解实验使用的氢源为EtOH。本论文所有涉及到的电?
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于内嵌钴/氮掺杂多孔碳三维石墨烯笼的抗团聚高效氧还原电催化剂[J]. 修陆洋,于梦舟,杨鹏举,王治宇,邱介山. 电化学. 2018(06)
[2]一步法制备三维还原氧化石墨烯/NiO超级电容器电极材料及其性能研究[J]. 曾燕飞,辛国祥,布林朝克,张邦文. 无机材料学报. 2018(10)
[3]离子液体对煤官能团种类及含量的影响[J]. 苗梦露,张卫清,蒋曙光. 煤矿安全. 2018(09)
[4]三维石墨烯的制备和应用研究[J]. 晏伯武. 陶瓷学报. 2018(04)
[5]微波辅助离子液体溶胀对煤分子结构的影响及动力学分析[J]. 赵丽,潘薪羽,马空军,王强. 煤炭转化. 2018(02)
[6]电解水煤浆制氢技术研究进展[J]. 朱凌岳,王宝辉,吴红军. 化工进展. 2016(10)
[7]电化学氧化煤浆特性研究[J]. 郑小峰,郭延红,杨晓霞,高晓明,付峰. 当代化工. 2016(09)
[8]我国低阶煤转化利用的技术进展与发展方向[J]. 曲思建. 煤质技术. 2016(S1)
[9]NiB电极的电沉积法制备及其对煤电解加氢液化的催化作用[J]. 姜虹,印仁和. 复旦学报(自然科学版). 2016(02)
[10]酸性条件下煤电化学脱硫实验研究[J]. 张鸿波,李永盛,宁婷婷,朱莹莹. 黑龙江科技大学学报. 2014(01)
博士论文
[1]煤的催化裂解实验与机理研究[D]. 刘龙龙.浙江大学 2018
[2]煤加氢液化催化剂及相关条件下烃组分的反应研究[D]. 陈泽洲.北京化工大学 2018
[3]煤直接液化中溶剂的作用及氢传递机理[D]. 牛犇.大连理工大学 2017
[4]石墨烯三维结构制备与应用[D]. 杨少林.中国科学技术大学 2014
硕士论文
[1]神府煤的溶剂萃取及其模型化合物的热解特性研究[D]. 杨诚.安徽工业大学 2017
[2]溶剂处理对低阶煤的溶胀与扩散性能的影响研究[D]. 王敬空.安徽工业大学 2017
[3]碱性介质中溶解氧含量对褐煤电化学氧化的影响[D]. 侯向楠.大连理工大学 2017
[4]昭通褐煤的超声辐射萃取和分级变温热溶[D]. 刘静.中国矿业大学 2016
[5]磁性负载型超强碱制备及霍林郭勒褐煤催化加氢裂解[D]. 马巍巍.中国矿业大学 2015
[6]离子液体对煤电解还原加氢液化作用的研究[D]. 刘帅.上海大学 2015
[7]煤及其相关模型化合物的催化加氢裂解研究[D]. 刘启文.安徽工业大学 2014
[8]碱性介质中贺斯格乌拉褐煤电化学氧化研究[D]. 张增增.大连理工大学 2014
[9]碱性体系煤浆电解氧化制备有机物的研究[D]. 武英.新疆大学 2013
[10]碱性介质中煤浆电化学氧化的研究[D]. 吴超.大连理工大学 2012
本文编号：3590219
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：109 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
煤结构示意图
2实验部分152.2.4催化剂制备的技术路线氧化石墨烯（GO）冷冻干燥乙二醇NiCo(OH)x/GO真空抽滤磁力搅拌浸渍洗涤水热合成180oC多孔3DNi-Co/G石墨粉改进的Hummers法制备Ni(Ac)2.4H2OCo(Ac)2.4H2OH2GO分散液定向冷冻煅烧多孔前驱体F127磁力搅拌图2-2多孔3DNi-Co/G的制备路线Scheme2-2Synthesisroutesofporous3DNi-Co/G微波辐射GO分散液干燥多孔Ni-N/G煅烧NiCl2.4H2O磁力搅拌N-甲基咪唑溴代正丁烷洗涤1-丁基-3-甲基咪唑溴盐([BMim]Br)N乙醚260oC浸渍H2F127多孔前驱体纯化图2-3多孔Ni-N/G的制备路线Scheme2-3Synthesisroutesofporous3DNi-N/G图2-4催化剂合成过程示意图Figure2-4Schematicdiagramofcatalystsynthesisprocess2.2.5催化剂表征（1）XRD：使用CuKα辐射源通过XRD鉴定电催化剂的相组成。在3-80°区间内以12.5°/min的扫描速率记录。X射线衍射仪（德国布鲁克，D8-ADVANCE）在λ=0.15432nm，40kV的管电压和30mA的管电流下工作，用于研究所得催化剂的晶体结构。（2）SEM：通过SEM（Hitachi，SU8010）对催化剂的形貌及结构进行表征，放大倍数20X-800,000X，用以研究催化剂的表面形态。
2实验部分17称取1g实验煤样置于离心管中，在室温下以3000r/min在离心机中离心15min，测定煤样初始高度h1。然后分别加入制备的体积相同的不同种类的IL，搅拌使煤与IL充分接触，静置，每隔一段时间测定一次离心管中煤样的高度，直至不变，再在上述条件下进行离心操作，得到煤高度h2。为了减少误差，要将上述操作重复3次，取平均值。采用体积法对煤的溶胀度进行测定，如图2-5所示。溶胀度由下面公式计算：Q=h2/h1。在这一部分考察溶胀时间和溶胀温度对煤溶胀度大小的影响。图2-5体积法测定煤溶胀度的过程示意图Figure2-5Schematicdiagramoftheprocessofmeasuringcoalswellingdegreebyvolumemethod2.4电催化实验（ElectrocatalysisExperiments）2.4.1煤模型化合物的电催化还原电解装置和电解实验：使用CHI660E电化学工作站（上海辰华仪器公司）在三电极的电解池中评估3DNi-Co/G对煤模型化合物的电催化活性。制备电极的步骤如下：将催化剂（4mg）添加到40L的Nafion溶液和380L的乙醇溶液，380L水中，并超声处理30min。将6L配置好的溶液滴涂在玻碳电极（GCE，d=3mm）上，以达到0.428mg/cm2的催化剂负载量，并在室温下干燥。工作电极在实验前先用0.3L的Al2O3在专用麂皮上打磨，再分别用EtOH和去离子水对其进行清洗，电极清洗干净后要用高纯氮气吹干以防止电极表面被氧化。在此实验中，饱和Ag/AgCl用作参比电极，铂片为对电极。在电解池中加入DMF，EtOH，四丁基溴化铵（Bu4NBr）和相应的模型化合物，放置处理好的电极，进行电化学测试。大多数电化学还原反应以水为氢源，但是因为本实验中所使用的有机溶剂不易溶于水，且使用水作溶剂会使得反应过程中工作电极极易出现双金属材料剥落的现象，因此本电解实验使用的氢源为EtOH。本论文所有涉及到的电?
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于内嵌钴/氮掺杂多孔碳三维石墨烯笼的抗团聚高效氧还原电催化剂[J]. 修陆洋,于梦舟,杨鹏举,王治宇,邱介山. 电化学. 2018(06)
[2]一步法制备三维还原氧化石墨烯/NiO超级电容器电极材料及其性能研究[J]. 曾燕飞,辛国祥,布林朝克,张邦文. 无机材料学报. 2018(10)
[3]离子液体对煤官能团种类及含量的影响[J]. 苗梦露,张卫清,蒋曙光. 煤矿安全. 2018(09)
[4]三维石墨烯的制备和应用研究[J]. 晏伯武. 陶瓷学报. 2018(04)
[5]微波辅助离子液体溶胀对煤分子结构的影响及动力学分析[J]. 赵丽,潘薪羽,马空军,王强. 煤炭转化. 2018(02)
[6]电解水煤浆制氢技术研究进展[J]. 朱凌岳,王宝辉,吴红军. 化工进展. 2016(10)
[7]电化学氧化煤浆特性研究[J]. 郑小峰,郭延红,杨晓霞,高晓明,付峰. 当代化工. 2016(09)
[8]我国低阶煤转化利用的技术进展与发展方向[J]. 曲思建. 煤质技术. 2016(S1)
[9]NiB电极的电沉积法制备及其对煤电解加氢液化的催化作用[J]. 姜虹,印仁和. 复旦学报(自然科学版). 2016(02)
[10]酸性条件下煤电化学脱硫实验研究[J]. 张鸿波,李永盛,宁婷婷,朱莹莹. 黑龙江科技大学学报. 2014(01)
博士论文
[1]煤的催化裂解实验与机理研究[D]. 刘龙龙.浙江大学 2018
[2]煤加氢液化催化剂及相关条件下烃组分的反应研究[D]. 陈泽洲.北京化工大学 2018
[3]煤直接液化中溶剂的作用及氢传递机理[D]. 牛犇.大连理工大学 2017
[4]石墨烯三维结构制备与应用[D]. 杨少林.中国科学技术大学 2014
硕士论文
[1]神府煤的溶剂萃取及其模型化合物的热解特性研究[D]. 杨诚.安徽工业大学 2017
[2]溶剂处理对低阶煤的溶胀与扩散性能的影响研究[D]. 王敬空.安徽工业大学 2017
[3]碱性介质中溶解氧含量对褐煤电化学氧化的影响[D]. 侯向楠.大连理工大学 2017
[4]昭通褐煤的超声辐射萃取和分级变温热溶[D]. 刘静.中国矿业大学 2016
[5]磁性负载型超强碱制备及霍林郭勒褐煤催化加氢裂解[D]. 马巍巍.中国矿业大学 2015
[6]离子液体对煤电解还原加氢液化作用的研究[D]. 刘帅.上海大学 2015
[7]煤及其相关模型化合物的催化加氢裂解研究[D]. 刘启文.安徽工业大学 2014
[8]碱性介质中贺斯格乌拉褐煤电化学氧化研究[D]. 张增增.大连理工大学 2014
[9]碱性体系煤浆电解氧化制备有机物的研究[D]. 武英.新疆大学 2013
[10]碱性介质中煤浆电化学氧化的研究[D]. 吴超.大连理工大学 2012
本文编号：3590219
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