CoB催化剂在硼氢化钠-乙醇体系中制氢的应用

采用化学还原法制备了非晶态合金CoB催化剂,研究其在NaBH_4-乙醇复合体系中的催化活性。考察了基于乙醇量(硼氢化钠浓度)、NaOH质量浓度、反应体系温度、醇水体系对CoB催化NaBH_4制氢的影响。结果表明,硼氢化钠产氢速率随着乙醇量(硼氢化钠浓度)的增加呈现出先加快后减缓的变化;NaBH_4产氢速率随碱质量浓度的增加呈现出先增加后减小的变化,且最优碱浓度大约为5%;NaBH_4制氢速率随反应温度增加而快速增加,反应动力学计算显示该体系的表观反应活化能Ea为56.45 kJ/mol;在相同条件下,CoB催化硼氢化钠醇解制氢的产氢速率快于催化硼氢化钠水解制氢的产氢速率。     

ZIF-7负载CoB催化剂的制备及其在制氢中的应用

先后采用化学浸渍和还原的方法制备了不同比例的沸石咪唑酯骨架材料ZIF-7负载CoB的催化剂,对其结构进行了表征,并系统探究了该催化剂在催化硼氢化钠水解制氢中的催化活性。结果表明,相比于纳米CoB粉末催化剂,负载型CoB/ZIF-7催化剂在硼氢化钠水解制氢中具有更高的催化活性,25℃时NaBH_4水解产氢速率大约为252.19 m L/(min·g)。化学反应动力学表明:负载型CoB/ZIF-7催化剂催化NaBH_4水解制氢反应属于一级反应,其表观活化能约为51.48 k J/mol,远远低于纳米CoB粉末催化剂的活化能72.01 k J/mol。     

ZIF-7负载CoB催化剂的制备及其在制氢中的应用

先后采用化学浸渍和还原的方法制备了不同比例的沸石咪唑酯骨架材料ZIF-7负载CoB的催化剂,对其结构进行了表征,并系统探究了该催化剂在催化硼氢化钠水解制氢中的催化活性。结果表明,相比于纳米CoB粉末催化剂,负载型CoB/ZIF-7催化剂在硼氢化钠水解制氢中具有更高的催化活性,25℃时NaBH_4水解产氢速率大约为252.19 m L/(min·g)。化学反应动力学表明:负载型CoB/ZIF-7催化剂催化NaBH_4水解制氢反应属于一级反应,其表观活化能约为51.48 k J/mol,远远低于纳米CoB粉末催化剂的活化能72.01 k J/mol。     

CoB/Al2O3非晶态合金催化剂的制备及 在催化制氢中的应用

通过浸渍与化学还原相结合的方法制备了活性三氧化二铝负载CoB非晶态合金的负载型催化剂,并把该催化剂应用于硼氢化钠水解制氢反应。用SEM、XRD及BET等对三氧化二铝负载CoB非晶态合金催化剂的微观结构进行了系统表征,结果表明,非晶态合金CoB纳米颗粒能够均匀地分布于三氧化二铝表面,抑制了磁性纳米粒子CoB的团聚现象,显著提高活性组分CoB的分散度。产氢实验表明,具有高比表面积的负载型催化剂显著提高了硼氢化钠水解产氢速率, 经计算硼氢化钠催化水解反应活化能约为55.21 kJ/mol,明显低于基于非负载型CoB催化剂硼氢化钠催化水解反应的活化能（73.37 kJ/mol）。同时随着温度、负载量及催化剂用量的增加,产氢速率也随之增加,25 ℃时水解反应的产氢速率约为1.03 mL/（min·mol）。     

自搅拌下CoB/SiO2催化剂催化硼氢化钠水解制氢研究

采用浸渍-化学还原法制备了硼化钴/二氧化硅（CoB/SiO₂）催化剂,并考察了其催化硼氢化钠水解制氢的性能。研究了二氧化硅粒径、硝酸钴与二氧化硅物质的量比、硝酸钴与硼氢化钠物质的量比等条件对催化剂性能的影响,进而考察了催化剂用量、搅拌转速、反应温度等条件对硼氢化钠水解制氢性能的影响。结果表明,在二氧化硅粒径为15 nm、硝酸钴与二氧化硅物质的量比为0.08∶1、硝酸钴与硼氢化钠物质的量比为1∶5条件下,制备的催化剂催化硼氢化钠水解产氢的速率为45.6 mL/（min·g）;因为催化剂粒径很小,伴随硼氢化钠水解产氢产生的动量可以完全消除外扩散速率的影响,搅拌转速对硼氢化钠水解速率的影响很小,硼氢化钠的水解速率随着催化剂用量的增加而增大;随着温度的升高,硼氢化钠的水解速率增大,硼氢化钠水解反应的表观活化能为48.54 kJ/mol,硼氢化钠反应级数为零;催化剂具有良好的重复使用性能和稳定性。     

二元非贵金属Co-Mo基催化剂制备及催化活性研究

实验采用一步化学沉积法,制备非贵金属CoM基纳米催化材料,同时采取控制变量法,改变了泡沫铜金属片在沉积时镀液中Co/Mo的摩尔比。并且把所制得的催化剂用于催化硼氢化钠(NaBH_4)制氢,比较不同体系中产出氢气量,除以泡沫铜上生成催化剂的质量,得出析氢速率。得出该体系催化剂的最佳Co/Mo摩尔比。结果表明:当水浴温度为25℃、且镀液积淀时间为3 min时,Co/Mo摩尔比为1∶1时催化剂的催化效果最好。对NaBH_4水解的产氢速率达到8 938.5 mL·min~(-1)·g~(-1)。     

钴-硼/二氧化锆催化剂催化硼氢化钠水解制氢研究

采用浸渍负载-还原法制备了钴-硼/二氧化锆催化剂,研究了催化剂在催化硼氢化钠水解制氢中的性能。研究了催化剂的制备条件（钴与二氧化锆物质的量比、钴与硼氢化钠物质的量比）对其催化性能的影响,并考察了催化剂用量、反应温度、搅拌转速对硼氢化钠水解制氢的影响。结果表明,在钴与二氧化锆物质的量比为0.16:1、钴与硼氢化钠物质的量比为1:5条件下制备的钴-硼/二氧化锆催化剂催化硼氢化钠水解制氢的速率最快。硼氢化钠水解制氢速率随催化剂用量的增加和反应温度的升高而增大,随搅拌转速的增加呈现先增大后减小的趋势。反应动力学计算出钴-硼/二氧化锆催化剂催化硼氢化钠水解对硼氢化钠的浓度属于零级反应。钴-硼/二氧化锆催化剂的硼氢化钠水解反应活化能为43.97 kJ/mol。     

一种硼氢化钠水解制氢的技术路线

硼氢化钠催化水解制氢是一项实用、环保、可行的制氢技术。直接应用固态的硼氢化钠或与催化剂的混合物制氢比使用其溶液制氢更便捷、安全。本文设计了小型制氢反应器,使用NaBH₄和乙酸钴粉末的混合物作初始反应物。研究了初始反应温度、供水速率和NaBH₄与乙酸钴的混合比对产氢特性的影响。实验结果表明,反应区外围使用冷却水时,可将反应温度波动控制在6～8 ℃,这有利于降低氢气流速的峰值和保持相对稳定的氢气流。当催化剂的混合量大于4%时,氢气的转化率可达95%以上。     

海绵负载Co-B催化剂催化硼氢化钠水解制氢性能研究

采用浸渍-还原法制备了聚乙烯醇缩甲醛（PVFM）海绵负载的Co-B/PVFM催化剂，考察了硼氢化钠浓度、氢氧化钠浓度及反应温度对其催化硼氢化钠水解制氢性能的影响。结果表明，制氢速率随硼氢化钠的浓度及反应温度的升高而增大，随氢氧化钠浓度的升高呈先增大后减小的趋势，反应活化能为29.02 kJ/mol。在连续式反应器中Co-B/PVFM催化剂催化硼氢化钠水解制氢速率可达12.0 L/min，可为1 kW的燃料电池供应氢气，并且催化活性持续100 min没有发生衰减，表现出极大的实际应用潜力。     

第四周期过渡金属催化硼氢化钠分解制氢研究

考察了MnSO_4、FeSO_4、CoCl_2、NiCl_2和CuCl等盐原位还原催化硼氢化钠的水解制氢性能,实验确定催化硼氢化钠水解制氢活性高低顺序:CoClNiClFeSO_4CuCl_2MnSO_4,并发现这与第四周期过渡金属d轨道上的电子数有密切关系。硼氢化钠分解产氢速率与FeSO_4、CoCl_2和NiCl_2用量成正比,说明催化硼氢化钠水解产氢的活性中心为过渡金属,且硼氢化钠水解产氢反应对盐的用量为一级反应。实验计算出FeSO_4、CoCl_2和NiCl_2催化硼氢化钠分解制氢反应的活化能分别为52.01、46.33、58.70 kJ/mol,发现硼氢化钠产氢速率与活化能之间没有必然联系。