水合肼制氢纳米催化剂改性制备及机理研究进展

安全高效、响应迅速的在线氢源能够有效地加速质子交换膜燃料电池(PEMFCs)的商业化应用,而设计和制备安全高效、成本低廉的催化剂是实现水合肼(N₂H₄·H₂O)催化制氢作为在线氢源的关键技术。总结了催化剂的合金化改性、形貌结构的调控、载体的负载和强碱性助剂的添加等因素和催化性能之间的构效关系,从活性位点的增多和本征活性的提高等方面讨论催化性能提升原因。结合理论计算总结N₂H₄在不同金属催化剂表面上的吸附性能和分解路径等机理研究,分析了N₂H₄在不同的活性位点结构上催化活性、H₂选择性和稳定性出现差异的原因。以期实现高效催化剂特定表界面结构和活性位点的几何结构和电子结构多尺度精准调控,为实现机理指导下催化剂的结构精准设计奠定基础。     

水合肼制氢纳米催化剂改性制备及机理研究进展

安全高效、响应迅速的在线氢源能够有效地加速质子交换膜燃料电池(PEMFCs)的商业化应用,而设计和制备安全高效、成本低廉的催化剂是实现水合肼(N₂H₄·H₂O)催化制氢作为在线氢源的关键技术。总结了催化剂的合金化改性、形貌结构的调控、载体的负载和强碱性助剂的添加等因素和催化性能之间的构效关系,从活性位点的增多和本征活性的提高等方面讨论催化性能提升原因。结合理论计算总结N₂H₄在不同金属催化剂表面上的吸附性能和分解路径等机理研究,分析了N₂H₄在不同的活性位点结构上催化活性、H₂选择性和稳定性出现差异的原因。以期实现高效催化剂特定表界面结构和活性位点的几何结构和电子结构多尺度精准调控,为实现机理指导下催化剂的结构精准设计奠定基础。     

纳米CdS的制备及催化分解水制氢的研究进展

CdS作为典型的光催化半导体材料已经得到广泛的应用,然而,CdS存在光稳定性差、易发生光腐蚀以及产氢速率低等缺陷,限制了CdS的应用。本文综述了制备纳米CdS光催化剂的方法及其在光催化分解水制氢中的应用。     

NiPd/TiO2催化剂的制备及其催化甲酸分解制氢性能

高效、清洁且无毒无害的催化剂是实现以甲酸(HCOOH)为化学储氢材料分解制氢的重点。本文采用水热法在453K的条件下制备TiO₂载体,再通过浸渍法向其中加入总量为0.1 mmol的NiCl₂.6H₂O和K₂PdCl₄金属溶液,将活性组分Ni、Pd负载到TiO₂载体上合成NiPd/TiO₂催化剂,并探究其对催化甲酸分解制氢的性能的影响。探究结果表明,在光照条件下,NiPd/TiO₂催化剂中,当金属Ni:Pd比例为2:8时,催化剂的反应转化频率(TOF)值最大,此时催化剂的 TOF 为3528 h_-1^,且该催化剂上甲酸分解的活化能(E_a)为53.9 kJ/mol。关键词：镍钯催化剂;甲酸;分解制氢;二氧化钛;光照中图分类号：TQ630 文献标识码： A 文章编号：     

镍基氨分解制氢催化剂的制备及性能

用浸渍法制备Ni/Al_2O_3和Ni/xMo-Al_2O_3催化剂,以氨分解为模型反应,考察Ni负载量、焙烧温度、溶剂和助剂等合成条件对催化剂催化性能的影响,通过XRD和TG-DTG表征方法对催化剂进行表征。结果表明,最佳合成条件:Ni负载质量分数为16%,焙烧温度350℃,采用丙酮为溶剂制备的Ni/Al_2O_3催化剂具有较好的催化活性。500℃添加质量分数3%的助剂Mo可以使Ni/Al_2O_3催化剂的活性显著提高39%,Ni/3%Mo-Al_2O_3催化剂的氨分解率达93.5%。     

Pt/Co和Pt/Ni双金属纳米溶胶制备及催化制氢

采用化学共还原法制备聚乙烯吡咯烷酮(PVP)稳定的Pt/Co和Pt/Ni双金属纳米溶胶,采用UV-Vis、TEM等对所合成的Pt/Co和Pt/Ni双金属纳米溶胶进行表征,研究了化学组成对双金属纳米溶胶催化剂催化NaBH4水解制氢的影响. 结果表明,所制双金属纳米溶胶的平均粒径约为2.0 nm,双金属纳米溶胶的催化能力高于单金属Pt, Co, Ni纳米溶胶,Pt/Co和Pt/Ni双金属纳米颗粒优异的催化性能可归因于电荷转移效应,Co或者Ni原子与Pt原子之间发生的电荷转移效应使得Pt原子带负电而Co或者Ni原子带正电,荷电的Pt和Co、Ni原子成为催化反应的活性中心,促进了催化反应的进行.     

温和条件下水合肼催化分解制氢研究进展

水合肼（N2H4?H2O）的氢质量分数高达8.0%,完全分解时副产物仅为N2,且在温和条件下物理化学性质较为稳定,因此可以作为一种理想的移动氢源,在一些特殊场合为燃料电池提供氢气。本文概述了温和条件下水合肼分解制氢反应所使用的催化体系,具体包括金属纳米粒子、复合氧化物及负载型催化剂。简要介绍了肼分解过程的机理,并分析了影响水合肼分解制氢选择性的因素,包括催化剂中活性金属的特性、反应条件及助剂的性质对催化剂选择性的影响。总结了现阶段水合肼分解制氢催化剂的优缺点,为进一步开发高效、高选择性的水合肼分解制氢催化剂提供借鉴,并为涉及N—H键及N—N键断裂的其他反应催化剂设计提供参考。     

负载型纳米CdS制备及催化分解水制氢的研究进展

硫化镉(CdS)是一种研究广泛的光催化剂,禁带能为2.4 eV,可以吸收波长小于520 nm的紫外和可见光,吸收波长范围宽,作为光催化剂具有较大的优势.纯CdS的光催化效率较低,在水溶液中易发生光腐蚀,致使催化寿命缩短,限制了CdS的应用.利用载体比表面积大,易于离子交换且有利于电子传递等优点,将纳米CdS制备成负载型催化剂,可以有效地提高CdS的光催化效率与稳定性,成为CdS改性的一种有效手段.本文综述了以SiO2、Al2O3、MgO、分子筛、高分子材料、层状化合物及钙钛矿型复合氧化物等为载体,制备负载型纳米CdS光催化剂的方法及其在光催化分解水制氢中的应用.     

原位法制备磷钨酸/SBA-15催化剂及其催化性能

用原位合成法制备了不同固载量的磷钨酸催化剂HPW/SBA-15,通过FTIR、TEM、XRD、31PNMR及N2-吸附脱附等方法对催化剂进行表征。结果表明,在低固载量时,原位法制备的催化剂保持了SBA-15材料的长程有序结构,并且随着固载量的提高,孔径、比表面积等均有所下降;固载量达到33.3%时,SBA-15材料的长程有序结构遭到一定的破坏;在载体孔壁中高度分散的磷钨酸仍然保持了Keggin特征结构,且与SBA-15材料的表面羟基存在一定的化学相互作用。对苹果酯合成的催化性能研究表明,乙酰乙酸乙酯的转化率可以达到87%以上,催化剂使用6次后,催化活性仍保持在85%。     

紫外光催化分解硫化氢制氢的研究

以纳米TiO2（P25）作为光催化剂,10W低压汞灯作为光源（简称UVC,特征波长为253．7nm）,进行光催化分解硫化氢制氢反应的研究。考察了UVC分解硫化氢和TiO2光催化分解硫化氢的协同作用以及UVC催化分解硫化氢制氢的实验条件,包括光催化剂的用量,反应溶液溶氧,硫化氢的连续通入等对产氢结果的影响。实验结果表明,TiO2可以促进UVC分解硫化氢制氢反应;反应溶液溶氧量的降低和硫化氢的连续通入可以提高反应的产氢量。当以250mL 0．1mol／L硫化钠水溶液为反应介质,TiO2加入量为0．05g,并以40mL／h速率连续通入硫化氢时,UVC催化分解硫化氢的产氢速率可达4．04mL／W·h。     

活性炭催化分解甲烷制氢研究进展

综述了国内外活性炭催化甲烷制氢的研究进展,主要集中在活性炭的纹理特征和表面化学性质对催化甲烷性能的影响,活性炭失活机理。煤作为活性炭前体和热源,由于研究时间不长,有许多进一步发展的空间,今后,可以将重点放在活性炭颗粒表面发生的化学反应机理以及甲烷分解和活性炭重新活化的机理等方面,从而优化活性炭的性质和操作参数,在活性炭催化甲烷制氢机理方面有所突破。     

甲酸液相分解制氢非均相催化剂研究进展

氢气作为一种清洁的可再生能源载体,是最有希望替代化石燃料的能源之一。然而,如何实现氢气的安全存储和快速释放是氢能利用的难点。甲酸作为极具应用潜力的液态化学储氢材料,其分解制氢逐渐成为研究热点。从实际应用角度考虑,设计与开发高效非均相催化剂对于甲酸分解的应用十分重要,而载体在非均相催化剂中通常具有重要作用。作者综述了近年来国内外非均相催化甲酸液相分解制氢的研究现状,以载体分类为主线,重点概述了以碳材料、金属氧化物、二氧化硅(含分子筛)、复合材料及树脂、金属有机框架(MOFs)作为载体制备的催化剂在甲酸分解过程中的应用,其目的在于强调在该领域取得的成果以及对今后的研究提出建议。     

可见光分解水制氢半导体催化剂的研究

直接利用太阳能光解水制氢是解决世界能源危机的重要途径,有效利用太阳能的关键是研究开发可见光化的光催化剂。介绍了光解水制氢的原理,综述了近年来半导体光催化剂在利用可见光方面研究的最新进展,并对未来的研究方向作了展望。     

NiB非晶态合金的制备及其催化水合肼还原硝基苯的性能

通过化学还原法制备了NiB非晶态合金催化剂,并将其用于水合肼还原硝基苯制备苯胺的反应。考察了硼/镍比、制备温度、KBH4溶液的pH值等对NiB催化活性的影响。结果表明,硼/镍摩尔比为2∶1,制备温度为-5℃,KBH4溶液的pH=12时,制备的NiB催化剂活性较高。在硝基苯10mmol,水合肼30mmol,无水乙醇15mL, NiB催化剂0.2 g,室温反应0.5 h的条件下,苯胺的收率为99%。     

水热法制备Ni/Nd2O3催化剂及其催化水合联氨制氢

采用水热合成法制备了Ni/Nd₂O₃催化剂，对其催化水合联氨制氢性能进行了考察，探讨了催化剂合成条件及催化体系中NaOH浓度对催化性能的影响，并采用XRD、XPS、TEM、TG对催化剂进行了分析表征。结果表明，当Ni/Nd=94∶6、水热条件为8h、120℃时，合成的Ni/Nd₂O₃催化剂在催化水合联氨制氢时表现出了最优的催化性能，其H₂选择性为95.9%。该催化剂中Ni的结晶度较高，Nd以Nd₂O₃的形式存在，具有促进颗粒分散、暴露活性位点、协助Ni、Nd电子转移等优点。与不加NaOH溶液的催化制氢体系相比，当NaOH的加入浓度为1.3mol/L时，催化剂催化水合联氨的制氢速率提高了约3.7倍。催化剂可维持良好的稳定性，循环使用5次后H₂选择性仍高达94.4%。     

微波法制备CdS-TiO_2NT复合催化剂及其在可见光下分解水制氢的性能

以CdCl2·2.5H2O,Na2S·9H2O和自制的TiO2纳米颗粒为原料,在微波反应器内合成了掺杂CdS的TiO2纳米管复合催化剂。通过高分辨透射电镜观察,发现采用此方法可合成形貌完好纳米管,管子内径为5~10nm,长度为150~200nm。X射线衍射表征结果显示合成的复合催化剂主要为锐钛矿型的多晶态TiO2纳米管,并且CdS的掺杂造成TiO2晶体变形,可能是CdS与TiO2之间存在相互作用和CdS部分进入TiO2晶格内部。X射线光电子能谱对该催化剂各元素电子环境进行了分析。紫外可见吸收光谱发现所制备的复合催化剂产生明显的红移现象,能吸收可见光。该催化剂在可见光下催化分解纯水制氢的催化性能结果表明,掺杂CdS(1.96%(wt))的TiO2纳米管催化剂能分解纯水产生氢气,产氢速率为12.9μmol·(h·g)-1,而纯CdS纳米颗粒、纯TiO2纳米管以及这两者物理混合的催化剂则检测不到氢气的产生。通过考察不同CdS的掺杂量,发现CdS质量分数为1.96%的CdS-TiO2NT催化剂的可见光下催化活性最好。     

不同前体制备Ni催化剂及其在硫碘制氢中催化分解HI的性能

硫碘制氢是目前最有潜力的大规模低成本制氢方法之一。HI催化分解是硫碘制氢的关键步骤。本文采用4种具有代表性的镍盐前体--硝酸镍[Ni（NO₃）₂]、乙酸镍[Ni（CH₃COO）₂]和两种有机金属络合镍（乙酰丙酮镍[Ni（acac）₂]和亚硝酸三乙二胺合镍（[Ni（en₃）]（NO₂）₂）制备Ni催化剂,考察了不同镍盐前体对制备的Ni催化剂特性的影响规律以及Ni催化剂在HI催化分解中的性能。采用了BET、XRD和TEM等分析测试技术对制备的Ni催化剂进行了表征。研究结果表明,镍盐前体对制备的Ni催化剂的分散度、催化活性以及催化稳定性有重要的影响。以Ni（NO₃）₂和[Ni（en₃）]（NO₂）₂为前体制备的Ni催化剂具有良好的Ni金属分散度,Ni颗粒分散均匀且尺寸较小。由于高温和强腐蚀的反应环境（HI-I₂-H₂O体系）,Ni催化剂经过反应都会出现不同程度的失活。以[Ni（en₃）]（NO₂）₂为前体制备的Ni催化剂表现出最好的催化活性和稳定性,有望成为未来大规模硫碘制氢系统中HI分解的催化剂。