Co-W-P纳米材料的制备及其催化氨硼烷水解制氢性能研究

采用化学镀的方法在泡沫海绵上制备了三元非贵金属Co-W-P纳米薄膜催化剂,并用扫描电子显微镜(SEM)对该纳米材料进行了形貌表征。结果表明:通过制备工艺的优化,当pH值为12.5时,所制备的Co-W-P纳米材料在氨硼烷(NH3BH3)水解制氢过程中表现了较高的催化活性,其放氢速率为1 479.1 mL·min~(-1)·g~(-1),对应的活化能为34.5 kJ·mol~(-1)。     

氨硼烷水解制氢研究进展

氢能是替代传统化石能源的重要清洁能源,然而实现氢能的高质量密度储存与温和条件下快速释放仍是一大瓶颈。氨硼烷储氢密度高达19.6%（质量）,在室温下水解即可制得氢气,是最有发展前景的储氢材料之一。然而氨硼烷在水中放氢速度缓慢,因此开发加速其水解过程的催化剂至关重要。对氨硼烷的水解催化剂的研究主要集中在金属单质、金属化合物与光催化剂三类材料。本文从实践方面,介绍了氨硼烷水解制氢的研究方法,从理论方面,通过介绍催化剂的发展,综述了氨硼烷水解反应的步骤与机理。通过对产氢过程的深入描述,介绍了对氨硼烷水解制氢反应正面调控的方法,并依据已有的研究提出了未来该类催化剂的设计策略。     

应用静电纺丝技术的电催化剂及载体材料制备研究进展

与机械拉伸等传统的纤维制备方法相比,静电纺丝技术具有操作便利、成本低、生产效率高等优点,是一种更简单、经济的纤维成型技术,被广泛应用于燃料电池、金属-空气电池、水电解装置等领域的电催化过程中。本文首先介绍了静电纺丝的工作原理、工艺影响因素及电纺技术的发展现状;之后主要介绍了静电纺丝在制备催化剂及催化载体材料上的研究进展,包括：①在碱性的电化学反应中,通过静电纺丝制备的过渡金属氧化物及金属-碳复合纤维显示出优异的电催化性能和可观的经济效益;②在水分解反应中,电纺Ir基催化剂具有均匀的一维纳米结构、极高的比表面积和良好的分散性,表现出了优异的催化活性;③在酸性的氧还原和析氧反应中,电纺氧化锡锑（ATO）载体具有优异的导电性,不仅可为催化剂提供良好的电子转移结构及催化活性位点,还能起到一定的结构保护作用,提高了催化活性和稳定性。本文总结了以静电纺丝方法制备催化剂或催化载体材料的优缺点,并发现电纺一维纳米催化剂具有出色的纤维形貌、理想的比表面积及较低的传质阻力,可有效弥补传统金属催化剂颗粒易团聚、活性低等缺点。最后,为进一步提高电纺催化剂的析氧催化性能以及实现电纺纤维排列结构的可控性,对静电纺丝技术的发展提出了几点建议和展望。     

Co基催化材料在氨硼烷水解释氢中的应用

从提高Co基催化材料在氨硼烷水解释氢中的催化性能的角度出发,综述了不同类型Co基催化材料在释氢反应中的应用,阐明了Co基催化材料的设计思路以及在反应中的催化作用机制,并对Co基催化材料在催化氨硼烷水解释氢中所存在的问题以及今后的发展进行了总结和展望。     

静电纺丝技术制备催化剂的研究进展

综述了静电纺丝技术制备纳米纤维的3种方法——同轴电纺法、溶胶转化法和功能复合法,分析了3种制备催化剂方法的优缺点,并对静电纺丝技术未来的发展方向进行了展望。     

膨润土负载钌催化剂制备及其催化氨硼烷水解产氢研究

采用浸渍-化学还原法制备了钌/膨润土（Ru/Ben）催化剂,考察了钌含量、还原剂硼氢化钠用量、还原温度以及反应条件等对Ru/Ben催化氨硼烷（NH₃BH₃）水解产氢的影响。结果表明,在钌负载量为0.3%（质量分数）、钌与还原剂硼氢化钠物质的量比为1∶2.5、还原温度为303 K条件下,制备的Ru/Ben中Ru微晶尺寸为3.8 nm,Ru/Ben催化NH₃BH₃水解产氢的转化频率（TOF）为145 mol/（mol·min）;搅拌转速为450 r/min时,外扩散限制消除,产氢速率最大;产氢速率与Ru/Ben浓度成正比,催化剂界面反应是氨硼烷水解产氢反应的控速步骤,Ru/Ben催化NH₃BH₃水解产氢反应对催化剂浓度的反应级数为0.7;反应温度越高,氨硼烷向催化剂表面的传质速率越高、产物氢气及副产物偏硼酸钠从催化剂表面越易脱附,产氢速率越大。动力学计算表明,Ru/Ben催化NH₃BH₃水解产氢反应的产氢速率与氨硼烷浓度无关,活化能为15 kJ/mol。     

CeO2负载RhCu纳米催化剂的制备及其催化氨硼烷水解性能的研究

氨硼烷被认为是一种理想的储氢材料,由于氨硼烷本身不仅稳定无毒,而且还具有较高的氢含量,因此关于氨硼烷水解析氢研究引起广泛关注.选择在CeO2载体上原位还原制备一系列RhCu/CeO2双金属催化剂,并通过XRD、SEM、EDS、XPS、TEM、ICP-OES等测试方法表征催化剂的组成及结构,并在298 K条件下将其作为氨...     

二氧化硅负载钌催化剂催化氨硼烷水解产氢研究

采用浸渍-还原法制备了Ru/SiO₂催化剂,并考察了钌负载量、还原剂硼氢化钠的用量、还原温度以及反应条件对催化剂Ru/SiO₂催化BH₃NH₃水解产氢的影响。结果表明,在钌的负载量为0.1%（质量分数）、还原剂硼氢化钠与钌的物质的量比为2.2∶1、还原温度为303 K时制备的催化剂,催化BH₃NH₃水解产氢速率最快[转化频率TOF为140.8 L H₂/（mol Ru·min）]。搅拌转速为450 r/min时,氨硼烷向催化剂表面传质最快,产氢速率最大。氨硼烷水解反应由催化剂界面反应控制,产氢速率与催化剂用量成正比。随着反应温度的升高,Ru活化的氨硼烷分子能量增加,反应速率逐渐增加。反应动力学计算表明Ru/SiO₂催化剂催化BH₃NH₃水解产氢反应对氨硼烷浓度为零级反应,活化能为45 kJ/mol。     

竹茹丝炭负载钌催化剂光催化氨硼烷水解产氢研究

为了制备高效、低成本的氨硼烷制氢催化剂,以竹茹丝为原料,采用直接煅烧法得到竹茹丝炭材料(BSC),再以BSC为载体通过浸渍-还原法将金属Ru负载到载体表面,制备出层状结构的Ru/BSC催化剂。通过各种表征方法对催化剂的结构组成和形貌进行了分析并探究了光与非光、金属负载量、催化剂用量、氨硼烷浓度、温度等条件对氨硼烷水解产氢的影响。结果表明,Ru与BSC之间存在金属-载体相互作用,1.0%Ru/BSC催化剂在可见光照射下催化氨硼烷水解产氢性能明显优于非光条件,氨硼烷水解产氢速率与Ru/BSC催化剂用量成正比,与氨硼烷浓度无关。计算得到1.0%Ru/BSC在298 K时光催化反应的转化频率(TOF)为446.4 min^-1、活化能为64.0 kJ/mol。因此,该研究为制备高效且低成本的催化剂提供了新的思路。     

不同结构催化剂催化氨硼烷产氢的研究现状

随着化石能源的消耗,新型清洁能源的开发迫在眉睫.氢能源因其燃烧性能好,且产物为水、无污染而备受关注.目前,氨硼烷(AB,NH3BH3)作为一种固体储氢材料已经引起了广泛的研究兴趣.氨硼烷分子量较轻,理论储氢密度高达19.6 wt％,其水解产氢反应条件温和、速率可控,且气体产物仅为氢气,因此氨硼烷作为一种质轻、无毒、环保...     

Nano-confined ammonia borane for chemical hydrogen storage

There is a great demand for a sufficient and sustainable energy supply. Hence, the search for applicable hydrogen storage materials is extremely important owing to the diversified merits of hydrogen energy. In this regard, ammonia borane (NH₃BH₃, AB) containing 19.6 wt-% hydrogen has been considered as a promising material for hydrogen storage applications to realize the “hydrogen economy”, but with limits from slow kinetics of hydrogen release and by-product of trace gases such as ammonia and borazine. In this review, we introduce the recent research on AB, regarding to the nanoconfinement effect on improving the kinetics at a relatively low temperature and the prevention/reduction of undesirable gas formation.     

铁、钴、镍、铜和锌催化剂催化氨硼烷水解产氢性能研究

采用浸渍-还原法制备了铁、钴、镍、铜和锌催化剂,考察了其催化氨硼烷水解产氢性能,并优化了钴催化剂的制备条件和反应条件。结果发现,铁催化剂中铁以Fe₂B合金相存在,钴催化剂中钴以金属钴存在,镍催化剂中镍以金属镍和Ni（OH）₂·2H₂O存在,铜催化剂中铜以金属铜和氧化亚铜存在,锌催化剂中锌以Zn₄SO₄（OH）₆·4H₂O存在。铁、钴、镍、铜和锌催化剂催化氨硼烷水解产氢活性由大到小顺序为钴催化剂、镍催化剂、铜催化剂、铁催化剂、锌催化剂。显然,具有金属钴相的钴催化剂、金属镍相的镍催化剂和金属铜相的铜催化剂催化氨硼烷产氢活性高于具有Fe₂B合金相的铁催化剂。锌催化剂在制备条件下不能被还原为金属相,它几乎没有催化氨硼烷产氢活性。氯化钴与还原剂硼氢化钠的物质的量比为1∶1.3、还原温度为303 K时制备的钴催化剂催化BH₃NH₃水解产氢性能最佳。反应动力学计算表明钴催化剂催化BH₃NH₃水解产氢反应对氨硼烷浓度的反应级数为零级,对钴催化剂浓度的反应级数为一级,活化能为58 kJ/mol。     

氨硼烷分解制氢及其再生的研究进展

氨硼烷具有储氢密度高（152.9g/L）、放氢条件温和、无毒以及常温下为稳定的固体而易于储运等特点而成为最有前景的储氢材料之一。本文综述了近年来氨硼烷在不同催化剂作用下,通过热解、醇解和水解这3种方式制氢以及分解后的副产物循环再生氨硼烷的研究进展。分析讨论了氨硼烷的热解制氢研究主要集中在降低温度和抑制气态副产物的生成这两方面,而水解或醇解制氢的研究热点是二元或三元非贵金属纳米核壳或负载型催化剂。与氨硼烷的热解相比,水解或醇解由于条件温和、制氢速度快而更具实用性。指出氨硼烷作为储氢材料最大的挑战是其再生问题,氨硼烷分解脱氢后的副产物不能直接氢化而再生氨硼烷,需要通过一系列反应来进行间接的离线再生,因此氨硼烷的再生将是今后的重点研究方向。     

Effect of boric acid on thermal dehydrogenation of ammonia borane: H2 yield and process characteristics

We have recently demonstrated that boric acid (H₃BO₃, BA) is a promising additive to decrease onset temperature as well as to enhance hydrogen release kinetics for thermolysis of ammonia borane (NH₃BH₃, AB). The observations suggest that tetrahydroxyborate ion released by heating BA serves as Lewis acid and catalyzes AB dehydrogenation. Using this approach, we obtained high H₂ yield at 85°C, along with rapid kinetics. Various operating conditions were investigated, such as reactor temperature, AB wt %, and particle size of BA. Even in the presence of 10 wt % BA, high H₂ yield (13 wt %) and trace amount of ammonia (10–20 ppm) were obtained at 80°C, proton exchange membrane (PEM) fuel cell operating temperature. To our knowledge, such H₂ yield value is higher than from any other method using AB with additive or catalyst at PEM fuel cell operating temperatures. © 2013 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 59: 3359–3364, 2013     

Reaction mechanism and kinetics for hydrolytic dehydrogenation of ammonia borane on a Pt/CNT catalyst

A reaction mechanism is proposed for hydrolytic dehydrogenation of ammonia borane on a Pt/CNT catalyst. A combination of thermodynamic analysis and FTIR measurement reveals that B‐containing byproducts are mainly in the form of an NH₄B(OH)₄‐B(OH)₃ mixture rather than NH₄BO₂ reported previously. The revised main reaction is , involving the B–H, B–N, and O–H bond cleavages. Isotopic experiments using D₂O instead of H₂O as reactant or introducing D₂ into the reaction atmosphere suggest the O–H bond cleavage being in the rate‐determining step, and an unfavorable occurrence of the chemisorbed H₂O dissociation (i.e., the direct O–H bond cleavage), respectively. Different reaction pathways with indirect O–H bond cleavages are analyzed, and then is suggested as the rate‐determining step. Subsequently, a Langmuir–Hinshelwood kinetic model is developed, which fits well with the experimental data. © 2016 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 63: 60–65, 2017     

Hydrogen generation from noncatalytic hydrothermolysis of ammonia borane for vehicle applications

Ammonia borane (AB) is a promising hydrogen storage material as it contains 19.6 wt % hydrogen. In this article, our recently developed hydrothermolysis approach to release hydrogen is studied over a wide range of AB concentrations (6–88 wt %), at pressure 14.7 and 200 psia, and temperature 85–135°C. It is shown that with increasing AB concentration up to 77 wt %, the H₂ yield increases, and that the role of thermolysis, when compared with hydrolysis, increases. The maximum hydrogen storage capacity, obtained at 77 wt % AB and T_reactor ～ 85°C along with rapid kinetics, was 11.6 and 14.3 wt % at pressure 14.7 and 200 psia, respectively. To our knowledge, on a material basis, the AB hydrothermolysis process is the first one to provide such high hydrogen yield values at near PEM fuel cell operating temperatures without use of catalyst, and thus is promising for use in fuel cell‐based vehicle applications. © 2010 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 2011     

氨分解制氢镍基催化剂研究进展

氨分解制氢清洁高效,易于工业化使用,是一种极具前景的便携式制氢方法。镍作为氨分解非贵金属催化剂中性能最好、应用最广的催化剂,但仍存在低温活性低、易烧结等问题亟需改进。本文概括了氨分解反应的反应机理、动力学和热力学,综述了近年来国内外氨分解镍基催化剂的研究现状。研究者从镍金属活性中心调控出发进行研究,发现调节镍粒子尺寸、加入第二金属(Fe、Co、Mo等)、载体(Al₂O₃、SiO₂、分子筛等)、助剂(碱土金属、稀土金属等)以及设计核壳结构进行调控,可提高镍金属的分散性和抗烧结能力。本文在以上基础上提出了镍基催化剂的改进措施和未来发展方向,以期为进一步设计出低温高活性镍基催化剂提供依据。