新型硼氢化钠水解制氢催化剂的制备与性能研究

真空条件下以分子筛(MS)为载体采用浸渍-还原法合成新型(Co-Ce-B)/MS催化剂,通过硼氢化钠水解制氢实验完成了催化剂筛选、性能测试及循环稳定性验证,对新鲜催化剂及使用数次后的催化剂进行了SEM、XRD表征。实验及表征结果表明,Co是主要活性金属,Ce作为催化剂助剂对提高催化剂活性有明显效果,当Ce/(Co+Ce)为5%时,催化剂活性最高,催化产氢反应的平均产氢速率达0.786l·min-1·g(catalysts)-1;活性组分以无定型的非晶态负载于载体并形成大量的"二次"孔道结构;循环使用后的催化剂仍具有很好的催化活性,但随着使用次数的增加,活性组分有富集现象。     

Ru-B催化剂催化NaBH4水解制氢研究

利用化学浸渍-还原法制备出了Ru-B催化剂,考察了催化剂的制备条件和反应条件对Ru-B催化剂催化NaBH4水解制氢性能的影响。结果表明:当活性组分前体RuCl3·6H2O和还原剂NaBH4的物质的量比为1∶7,还原温度为303K时,制得的Ru-B催化剂催化NaBH4水解制氢性能最佳。当催化剂浓度为0.17g/L,反应温度为303K,NaBH4浓度为0.22mol/L,NaOH浓度为0.01mol/L,转速为540r/min时,Ru-B催化剂催化NaBH4水解产氢的速率可达1740mL H2/(min·g)。还发现Ru-B催化剂催化NaBH4水解产氢的速率与催化剂用量呈线性关系,计算得到Ru-B催化剂催化NaBH4水解产氢反应的活化能为23.58kJ/mol。     

Mo掺杂Co-B非晶态合金的制备及催化硼氢化钠水解制氢性能

硼氢化钠作为金属氢化物,因具有储氢密度大、产氢纯度高、反应温度低、储存运输安全、能源循环利用率高等特点,成为目前产氢技术研究领域的热点之一。硼氢化钠水解产氢技术的关键在于催化剂。本研究采用化学还原法制备了掺杂助催剂Mo的三元非晶态Mo-Co-B纳米合金粉末,并将其用于催化硼氢化钠水解制氢。采用X射线衍射(XRD)仪、场发射透射电镜(FETEM)、扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)对样品的结构、表面形貌、元素成分进行了表征。通过排水法进行NaBH_4溶液水解产氢反应,研究了催化剂的催化性能。结果表明,Mo的适量掺入能显著减小催化剂的粒径,增大其比表面积,提高Co-B催化剂的催化性能,但过量的Mo会导致粉末中的金属氧化物增多,不利于催化。当Mo/Co物质的量比为0.05时,催化剂表现出最佳的催化活性。此外,研究了催化剂用量、反应温度、NaBH_4浓度等因素对NaBH_4溶液水解产氢反应的影响。     

配体调控Ni-Fe-B催化剂的制备及催化硼氢化钠水解产氢的研究

通过添加酒石酸配体制备了使双金属催化剂中不同组分配合比的可调节非晶态合金催化剂,并对合成的镍-铁-硼-酒石酸(Ni-Fe-B-ta)双金属纳米颗粒进行了表征,其比表面积为100. 54m2/g。同时研究了催化剂在硼氢化钠(Na BH4)水解制氢中的催化活性。研究结果表明,添加酒石酸同时调控2种金属的催化剂大大提高了Na BH4水解产氢的能力,其最高产氢速率达到7300mL/(min·g),活化能为46. 0kJ/mol,经过3次重复催化后,该催化剂依然可以保持较高的催化活性。     

非贵金属催化剂催化硼氢化钠水解制氢的研究进展

硼氢化钠水解制氢具有安全方便、放氢温度适中、反应易于控制和制氢纯度高等优点,现已成为制氢技术中的研究热点.但纯硼氢化钠水解放氢速率缓慢、产氢率低,常需添加合适的催化剂以改善硼氢化钠水解的放氢速率.金属催化剂因其具有高的催化活性已被广泛研究.其中,贵金属由于价格昂贵限制了它们的使用,而非贵金属价格低且储量高.并且,近年来有研究发现某些非贵金属催化剂的催化活性有了显著提高.因此,从经济角度出发考虑,将非贵金属用于催化硼氢化钠水解制氢是非常可取的.本文结合近几年国内外非贵金属催化剂催化硼氢化钠水解的发展现状,介绍了非负载型催化剂和负载型催化剂的研究进展,并对其未来的发展趋势进行了展望.     

电沉积法制备三维泡沫镍负载钴催化剂及其工艺条件优化

多孔泡沫镍具有质轻、比表面积大、渗透性较好等特点,广泛应用于锂电池、超级电容器、燃料电池等新能源材料领域。本工作采用电沉积法在泡沫镍表面负载了非贵金属钴催化剂,通过排水法测试了其硼氢化钠醇解产氢性能。XRD测试结果显示,催化剂活性组分钴呈现α相,从SEM结果可以看出Co/Ni-foam催化剂表面平整、光滑,且具有三维立体结构,有利于催化反应过程中气液两相流动。考察电沉积法过程中电沉积时间、镀液温度、电流密度、镀液浓度等因素对催化剂产氢性能的影响,优化制备工艺。在电沉积时间为1.5h、镀液温度为40℃、电流密度为5mA/cm~2、镀液浓度为50g/L时,其硼氢化钠醇解产氢速率高达17 685.81mL·min~(-1)·g~(-1)(Co),在便携式制氢技术中具有广阔的应用前景。     

纳米光催化剂Sm2InNbO7的制备及其可见光产氢活性

采用溶胶-凝胶法制备了纳米光催化剂Sm2InNbO7,通过XRD、FE-SEM、BET以及UV-Vis DRS测试对该材料的结构、粒径、比表面积和光吸收性能进行了表征。结果表明,Sm2InNbO7的晶粒尺寸和比表面积与柠檬酸(CA)加入量和煅烧温度有关。着重考察了不同条件下制备的Sm2InNbO7系列催化剂的光催化分解水产氢活性。实验结果表明,当CA与金属阳离子(Nb5++Sm3++In3+)的物质的量的比为2、煅烧温度为1073K时,获得的Sm2InNbO7纳米粉体具有最高的光催化产氢活性,测得的8h内平均产氢速率为8.32μmol/h,为固相法制备的Sm2InNbO7粉体的产氢速率的2.2倍。     

MIL-101前驱体制备MnO_x-Cr_2O_3催化剂及其对苯的催化氧化性能

以硝酸铬、对苯二甲酸、氢氟酸为原料,水热法制备MIL-101(Cr);经KMnO_4预浸渍、H_2O_2还原对其进行MnO_x负载,再经热解制备MnO_x-Cr_2O_3复合催化剂;借助BET、XRD、SEM、TEM、XPS等测试手段,研究不同MnO_x负载量的MnO_x-Cr_2O_3复合催化剂对苯的催化氧化活性。结果表明:氢氟酸的添加量对MIL-101(Cr)孔结构影响显著,添加125μL的氢氟酸制备的MIL-101(Cr)具有最佳的多孔性,经甲醇多次活化后,其比表面积达到3 447 m~2/g;MnO_x-Cr_2O_3复合催化剂,比表面积为89.30 m~2/g,远大于市售的Cr_2O_3载体的,对苯催化氧化的活性T_(90%)为280℃;MnO_x负载量质量分数为5%时,催化苯的T_(90%)为266℃,但增加MnO_x负载量对复合催化剂的催化活性影响不大;MnO_x-Cr_2O_3复合催化剂的高催化氧化活性归因于Mn与Cr之间的电子迁移与表面晶格氧含量高;其良好催化活性和无毒MnO_x包覆可抑制毒性Cr元素析出。     

多孔银钌合金催化剂的制备、表征和性能研究

以葡聚糖为软模板制备了多孔AgRu合金催化剂,利用X射线衍射仪和扫描电镜仪对其结构和形貌进行表征,并研究了其催化性能。结果表明,6种催化剂的催化产氢活性次序为Ag_9.2Ru>Ag_3.6Ru>Ag_4.0Ru>Ag_13.5-Ru>Ag_21.3Ru>Ag_22.4Ru。银钌原子比和催化剂形貌共同影响催化剂性能。其中选用Ag_9.2 Ru催化剂考察了NaBH₄和NaOH的质量分数对产氢速率的影响,研究结果表明,随NaBH₄和NaOH质量分数的增加,催化产氢速率降低。     

氨硼烷水解制氢催化剂载体的研究进展

氢由于具有高效率和高功率密度而被认为是一种出色的清洁能源。化学储氢材料要求具有高的氢储存量。氨硼烷具有高氢含量(19.6%),且在普通贮存条件下稳定,被认为是有吸引力的储氢材料之一。由于氨硼烷在常温下不易放氢,故放氢催化剂成为氨硼烷放氢研究的核心技术和主要方向。金属催化剂可以显著提高水解放氢速度,是影响氨硼烷水解放氢的关键因素,但是金属颗粒催化剂一般都存在颗粒粒径生长过快、易团聚等缺点。为了解决这一问题,研究者选择不同的载体来分散催化剂,使催化剂金属分散在载体表面,防止团聚和过快增长,从而暴露更多活性位点,使催化氨硼烷放氢速率更快。文章将针对不同催化剂载体对氨硼烷水解的催化效果进行阐述。     

RuFe纳米粒子修饰片状BiVO4协同催化氨硼烷水解产氢

开发高效廉价的催化剂对于清洁能源经济至关重要, 将氨硼烷的催化水解用于氢能源开发前景广阔。本工作首先采用简单回流法制备BiVO₄纳米片, 再通过浸渍还原法制备出Ru/Fe不同摩尔比的RuFe@BiVO₄催化剂, 并在室温下用于催化氨硼烷水解产氢。通过比较载体BiVO₄、Ru@BiVO₄、Fe@BiVO₄、RuFe@BiVO₄以及无载体的RuFe纳米粒子的催化产氢速率发现, 在所有的催化剂中, Ru₁Fe_0.1@BiVO₄具有最高的催化活性, 非贵金属Fe能显著增强Ru的催化性能, 这与RuFe之间强的电子效应以及RuFe纳米粒子与载体BiVO₄间的双功能效应密切相关, 其活化能(E_a)为43.7 kJ·mol^-1, 转化频率(TOF)为205.4 mol_H2·mol_Ru·min^-1。     

低温选择性催化还原脱硝催化剂CeVO_4/凹凸棒土的制备和性能研究

燃煤电厂产生的氮氧化物会严重危害大气环境和人类身体健康,如何减少氮氧化物的排放已成为研究的热点。通过水热法制备的低温选择性脱硝催化剂CeVO_4/凹凸棒土是以凹凸棒土为载体材料,以CeVO_4为活性催化中心,通过XRD、SEM和N_2吸附等表征手段分析表明所制备催化剂的活性成分主要为CeVO_4,同时有微量的CeO_2和V_2O_5生成,且具有大的比表面积(217.571m~2/g),在180℃时的催化转化效率达到最大93.24%,在一定量SO_2存在的条件下,催化转效率依然维持在81%以上,表明CeVO_4/凹凸棒土催化剂具有较好的低温催化活性和抗SO_2毒害性能。     

活性碳纤维负载钴酞菁催化氧化2-巯基乙醇的研究

将四（2,4-二氯-1,3,5-三嗪基）氨基钴酞菁以共价键形式键合在活性碳纤维（ACF）载体上,制得了活性碳纤维负载钴酞菁催化剂（ACF-CoPc）,采用热重分析、原子吸收光谱和氮气等温吸附法对其进行了表征。原子吸收光谱测得金属酞菁的负载量为5.26μmol/g。氮气等温吸附法测得ACF-CoPc的比表面积为1235.9m2/g,孔径分布以2nm左右的小孔为主。以2-巯基乙醇为催化对象,采用超高效液相色谱研究了ACF-CoPc的催化氧化性能。结果表明ACF-CoPc对2-巯基乙醇具有很好的催化氧化性能,反应4h时对2-巯基乙醇的去除率高达100%,氧化产物为2,2’-二硫二乙醇。而且催化剂ACF-CoPc经6次循环使用后,对2-巯基乙醇的去除率没有持续下降,这表明该催化剂具有良好的重复使用性。     

粉煤灰衍生水合硅酸钙PEI改性及吸附去除Cu(Ⅱ)与催化降解有机污染物

随着工业的快速发展,相关制造领域排放的污水重金属铜离子污染愈发严重。与此同时,催化领域对铜金属资源的需求却不断增加。本研究利用粉煤灰和改性剂聚乙烯亚胺(PEI)制备了低成本改性水合硅酸钙(PCSH),用于吸附水溶液中的铜离子(Cu(Ⅱ)),并进一步碱处理固定于表面的Cu(Ⅱ),形成铜基活性材料用于有机污染物的催化降解。相比于未改性的样品(CSH),PCSH对Cu(Ⅱ)的饱和吸附容量提高100%,高达588 mg/g。研究发现,这主要是因为添加PEI有利于形成较大的比表面积、优良的孔隙结构以及Cu(Ⅱ)与-NH₂之间的强络合。从PCSH获得的铜基催化剂呈现纺锤形多孔形貌,作为催化剂分别用于活化过氧硫酸氢钾(PMS)氧化降解罗丹明B(RhB)和活化硼氢化钠(NaBH₄)还原降解4-硝基苯酚(4-NP),速率常数达到0.7135/min(pH(7.0±0.3);[RhB]=20 mg/L;[PMS]=0.12 g/L;[催化剂]=0.8 g/L)和11.47×10^-3/s(pH(11.0±0.3);[4-NP]=10^...     

棒状丝光沸石负载CoB催化剂的制备及其应用

基于化学浸渍与原位化学还原相结合的方法制备了一系列CoB/棒状丝光沸石负载型非晶态合金催化剂,并系统考察了该催化剂在硼氢化钠水解制氢中的催化活性。通过X射线衍射和扫描电镜对其晶相结构和表面形貌进行了表征。硼氢化钠水解制氢实验表明,CoB活性组分负载量为5%的CoB/丝光沸石催化剂催化效果相对最好,过高的负载量不利于催化剂活性的提高。通过丝光沸石负载可显著提高CoB合金催化剂的催化活性,反应动力学计算显示基于该催化剂的硼氢化钠水解制氢反应为零级反应,其表观反应活化能Ea为53.18kJ/mol,远低于纯CoB的活化能(73.37kJ/mol)。     

Ba1-x/2KxNiAl11O19催化剂的制备及其催化甲烷燃烧活性研究

采用异丙醇盐水解法制备Ba1-x/2KxNiAl11O19(x=0,0.5,1.0,1.5,2.0)催化剂。通过BET模型计算了其比表面积,用XRD和DSC-TG等技术及甲烷燃烧实验考察了催化剂的物理化学性能,研究了钾离子掺杂量对催化剂的结构以及对甲烷催化燃烧活性的影响。结果表明:催化剂在1200℃焙烧后可以形成完整的六铝酸盐晶型,同时具有较好的催化性能和高温稳定性,不同量的K和Ba离子掺杂对于催化剂的比表面积及孔径有较大的影响。Ba0.25K1.5NiAl11O19催化剂具有较大的比表面积和较高的活性,1200℃焙烧后比表面积为61m2/g,催化甲烷燃烧的完全转化温度T90%为750℃。     

还原温度对石墨烯负载Pd颗粒的结构与电催化性能的影响

Pd催化剂对甲酸氧化反应具有出色的电催化性能,适宜的载体有助于改善Pd颗粒的稳定性和分散性,从而使其催化性能得以有效发挥。鉴于此,以硼氢化钠为还原剂,采用化学还原法在不同还原温度(0℃、25℃和50℃)下制备了石墨烯负载Pd颗粒催化剂(Pd/RGO)。采用XRD、Raman、XPS、TGA、TEM和BET等测试方法对该催化剂材料的微观形貌和结构进行了表征,利用循环伏安法和计时电流法测试了催化剂对甲酸氧化反应的电催化性能,着重分析了制备过程中还原温度对催化剂材料结构与电催化性能的影响。结果表明,当还原温度为0℃时,Pd/RGO的比表面积最大,达到261 m~2·g~(-1),Pd颗粒粒径最小,约为4. 16 nm;并且Pd/RGO具有最大的电化学活性面积(3. 02 cm~2),其氧化峰电流密度最高可达1 820 m A·mg~(-1)Pd。     

Co修饰的碳载Pt纳米粒子催化剂的制备与表征

质子交换膜燃料电池阴极需要使用高活性的电催化剂来加速氧还原反应(ORR)速率,而提高活性成分贵金属铂(Pt)的功能反应利用率可解决其关键问题.本工作利用过渡金属钴Co(Ⅱ)?有机框架(Co?MOF)为前驱体合成ORR催化剂载体Co/C,并采取浸渍?液相还原法负载Pt纳米粒子制备了合金Pt?Co/C催化剂.通过对样品的孔隙结构、物相结构、微观形貌等表征,证实了载体Co/C具有较大的比表面积和相互连通的分级介孔结构,其独特的形貌、丰富的孔隙结构使负载的Pt纳米颗粒均匀分布、粒径范围窄,平均粒径约为6.8 nm.进一步对催化剂进行电化学性能评价,其电化学活性表面积(ECSA)接近于商用Pt/C催化剂的值,结果表明合金催化剂中活性成分Pt具有较高的利用率,同时还表现出载体独特的孔隙结构优势.     

Mo掺杂对CuCo/BNNSs纳米复合材料催化氨硼烷水解活性的影响

本实验采用共还原法合成了Mo掺杂的非晶态CuCoMo/氮化硼纳米片(记为CuCoMo/BNNSs)复合催化剂,BNNSs通过聚乙烯吡咯烷酮(PVP)辅助氢氧化钠结晶法剥离获得。通过X射线衍射仪(XRD)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、X射线光电子能谱仪(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)及选区电子衍射(SAED)等对纳米复合催化剂的结构和形貌进行表征,并考察了Mo掺杂对CuCoMo/BNNSs纳米复合催化剂催化氨硼烷(AB)水解产氢活性的影响。结果表明:Mo作为给电子体将电子转移到CuCo NPs,从而增强了催化剂内部金属间的相互作用,提高了催化剂的催化性能。活性测试表明,非晶态(CuCo)_(0.85)Mo_(0.15)/BNNSs纳米复合催化剂在室温及pH=14条件下对AB水解产氢的催化活性极高,转化频率(TOF)值高达179.17 mol H_2·mol~(-1)metal·min~(-1),首次证明了非晶态CuCoMo NPs是催化AB水解过程中的关键活性组分。这种电子转移不局限于CuCoMo NPs,可以扩展到CuCoW (156.77 mol H2·mol~(-1)metal·min~(-1))和CuCoCr(125.42 mol H_2·mol~(-1)metal·min~(-1)) NPs。本工作结合表征及实验结果对纳米复合催化剂用于AB水解的催化机理进行了分析。     

铝锡复合材料水解制氢性能研究

研究了铝锡复合材料与纯水反应过程中的产氢特性。所提及的铝锡复合材料全部采用机械球磨的方法制备而成。不同成分复合材料的相组成和表面形貌分别用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)进行表征。研究结果表明,增加金属Sn的含量、提高起始反应温度、添加助磨剂NaCl和添加低熔点金属(Bi、In等),可以提高铝锡复合材料的活性,增加产氢量以及产氢速率。通过调整添加剂种类和添加量得到成分比例(质量分数)为Al-6%Sn-2%Bi-2%In的合金在25℃的水浴中水解30min的产氢量为785.6mL/g,最大产氢速率可以达到175mL/(min·g)。