甲酸低溫分解制氫炭負(fù)載金鈀納米合金催化劑的研究.pdf

1、能源匱乏和環(huán)境污染是人類面臨的兩大挑戰(zhàn)。為了實(shí)現(xiàn)人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，開(kāi)發(fā)安全、高效的新型清潔能源極為迫切。其中，氫能因其來(lái)源豐富，熱值高，環(huán)境友好，以及在氫質(zhì)子膜燃料電池中的應(yīng)用，受到研究者的廣泛關(guān)注。氫氣的可控產(chǎn)生、儲(chǔ)存和運(yùn)輸成為制約氫能經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸?；瘜W(xué)儲(chǔ)氫即通過(guò)化學(xué)物質(zhì)如硼氫化合物、水合肼和甲酸等在合適的催化劑在適宜的條件下進(jìn)行氫氣的可控儲(chǔ)存和釋放。它能夠克服經(jīng)典的儲(chǔ)氫技術(shù)在能量密度、安全和有效性方面存在的問(wèn)題。本文研究了催化

2、甲酸分解制氫的負(fù)載型多相催化劑的制備，通過(guò)對(duì)載體和活性組分的篩選和修飾并且選擇合適的制備方法，合成了對(duì)甲酸分解制氫具有高活性和選擇性的炭負(fù)載的金鈀納米催化劑。本文中用到的載體為炭黑，炭黑是合成負(fù)載型納米催化劑的常用載體，活性組分為金鈀的納米合金，選用的合成方法是低溫液相共還原的方法。通過(guò)對(duì)合成過(guò)程中溫度、金鈀的原子摩爾比例以及外加金屬離子等條件的選擇，調(diào)控納米粒子的成核和生長(zhǎng)過(guò)程。XRD、TEM、XPS、UV-Vis的結(jié)果都表明合成的催

3、化劑為炭負(fù)載的高度分散度金鈀合金納米催化劑，納米粒子的粒徑大約為2到3納米。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴通過(guò)低溫水相還原的方法制備出分散度較好炭負(fù)載金鈀納米合金催化劑，該催化劑在接近零攝氏度的條件下就可以催化甲酸-甲酸鈉體系快速的產(chǎn)生氫氣和二氧化碳。其初始TOF高達(dá)635 h-1。在室溫下催化劑的催化甲酸分解的初始TOF高達(dá)1075 h-1。反應(yīng)的活化能為21.98 kJ/mol。負(fù)載的金鈀納米催化劑對(duì)甲酸分解的催化活性要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于

4、負(fù)載的金納米催化劑和負(fù)載的鈀納米催化劑的催化活性。結(jié)果表明通過(guò)添加第二種金屬對(duì)鈀納米催化劑表面進(jìn)行改性修飾，可以提高鈀納米催化劑的抗一氧化碳毒化性能和催化性能。高角度環(huán)形暗場(chǎng)掃描透射圖（HAADF-STEM）顯示金鈀均勻地分布在金屬納米粒子中。并且考察了合成溫度和金鈀的原子摩爾比例對(duì)合成的納米催化劑催化活性的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明隨著反應(yīng)溫度的降低，合成的納米粒子的平均粒徑減小。這可能是由于溫度對(duì)納米粒子合成過(guò)程中的成核、生長(zhǎng)以及聚集具有一

5、定的影響。并且合成催化劑的催化活性也隨著溫度的降低而增大。表明納米催化劑的粒徑越小，與反應(yīng)底物接觸面積越大，催化活性越好。⑵通過(guò)添加適當(dāng)?shù)谋砻婊钚詣?、聚合物、配體、其他離子以及調(diào)控合成反應(yīng)條件，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)納米粒子的成核、生長(zhǎng)和聚集速率優(yōu)化控制。最終得到粒徑較小、粒徑分布范圍較窄、組成均勻的雙金屬催化劑。在這一部分我們主要講述在-3℃的條件下，鎂離子低溫輔助合成碳負(fù)載的金鈀納米催化劑。該催化劑在室溫下具有很好的催化活性和選擇性。其在室溫下