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。     

氨硼烷水解制氢催化剂及其限域载体的形貌可控合成研究进展

氨硼烷具有高储氢含量(19.6%,质量分数),在普通贮存条件下稳定,被认为是最具有潜力的储氢材料之一。氨硼烷在常温下不易放氢,金属催化剂可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,然而金属催化剂纳米颗粒易氧化、易团聚,使用载体可使催化剂金属纳米颗粒分散于载体表面或孔道内部,防止氧化和团聚。催化剂及其载体的整体形貌很大程度决定了催化剂的比表面积、催化剂活性颗粒分布状态,从而影响了反应活性位点的数量及分布状态,对氨硼烷水解催化活性和催化剂的使用寿命具有重要影响,因此本文对氨硼烷水解催化剂及其限域载体的整体形貌按空间维度进行分类归纳,并对其可控合成方法和其对氨硼烷水解催化效果进行综述。     

纤维状CuO/Co3O4的制备及其催化水解氨硼烷的研究

采用静电纺丝技术制备了一种纤维状钴铜双金属氧化物催化剂，并考察了催化剂中不同金属比例、不同催化剂制备方法、催化剂加入量、氨硼烷加入量以及水解温度对氨硼烷水解释氢的影响。结果表明：由于钴和铜之间存在强的协同效应，从而提高了催化剂的催化性能。当钴和铜的摩尔比为8∶1时，所制备的催化剂Co₈Cu₁O_x-NF性能最优，催化氨硼烷水解的活化能为38.41kJ/mol,反应转化频率(TOF)为2443.52mL/(min·g_metal),经过5次循环使用仍能保持较高的催化活性，该催化剂对氨硼烷水解具有良好的催化活性和循环稳定性。     

汽油氧化重整制氢反应镍催化剂的实验研究

在小型固定床反应器中,考察了汽油氧化重整制氢反应体系中镍催化剂 的催化性能。实验考察了镍/三氧化二铝催化剂,活性组分镍含量对汽油氧化重整制氢反应的影响,实验还考察了镍/三氧化二铝催化剂中加入贵金属助剂的催化性能。实验结果表明单组元镍/三氧化二铝催化剂对汽油氧化重整制氢反应在反应温度低于650℃时,其活性较低,生成氢气的选择性也不高;反应温度高于650℃时,其反应活性及生成氢的选择性有明显的提高。镍/三氧化二铝催化剂中加入贵金属组分作为助催化剂制成的双金属催化剂在汽油制氢反应中的催化活性及生成氢的选择性均有明显的提高。     

金属氨硼烷及其衍生物高容量储氢材料研究进展

氨硼烷因其超高的储氢量和较好的动力学性能,成为了最具潜力的储氢材料之一。从合成方法、放氢特性、晶体结构和反应机制等方面,综述了金属氨硼烷及其衍生物的研究进展。     

镁基储氢材料水解制氢研究进展

化石能源的广泛使用使得地球上出现了严重的温室效应和空气污染,且化石能源的储量也逐步下降,造成的能源危机日益严重。为了应对这些挑战,人们开始着力寻找清洁无污染的高效可再生能源。氢能因具有超高的燃烧热及零排放的特点而被认为是最理想的清洁能源。镁基储氢材料因具有高的质量储氢密度,且因镁的地壳含量高、成本低等优点而备受关注。镁基储氢材料水解可以产生高纯度的氢,而且副产物对环境无污染,因此被认为是最有应用前景的制氢方式之一。纯Mg和MgH₂水解可以分别产生6.4%和3.4%(质量分数)的H₂,但镁基储氢材料水解反应产生难溶于水的Mg(OH)₂,导致其反应动力学缓慢。近年来,通过将金属、金属氢化物与镁基储氢材料进行复合或者在水解反应时添加酸和无机盐等手段有效提高了氢产率和反应动力学性能。综述了镁基储氢材料水解制氢的最新研究进展,并对其未来的发展提出了展望。     

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。     

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。     

高密度储氢材料研究进展

氢是一种清洁的燃料,氢能是未来有发展前景的新型能源之一.氢的储存是氢能现阶段开发和利用的瓶颈.氢的储存方法有高压气态储存、低温液态储存和固态储存等3种,其中高压气态储存或低温液态储存不能满足将来的储氢目标.固态储氢是通过化学或物理吸附将氢气储存于固态材料中,其能量密度高且安全性好,被认为是最有发展前景的一种氢气储存方式.高密度储氢材料由轻元素构成,包括铝氢化物、硼氢化物、氨基氢化物、氨硼烷等,理论储氢质量分数均达到5%以上.综述了高密度储氢材料的研究进展,认为高储氢容量、近室温操作、可控吸/放氢、长寿命的轻质氢化物材料有希望达到燃料电池和移动氢源应用的目标.     

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。     

功能化石墨烯担载型AuPd纳米催化剂增强甲酸制氢反应

甲酸(FA)因具有储氢量高、易加注等优点而成为极具应用前景的新型储氢材料, 寻求高效率催化剂对于解决甲酸制氢反应动力学缓慢的问题尤为重要。本工作以聚乙烯亚胺修饰石墨烯(PEI-rGO)作为催化剂衬底, 通过湿化学法制备PEI-rGO担载型AuPd纳米复合材料(Au_0.3Pd_0.7/PEI-rGO)。Au_0.3Pd_0.7/PEI-rGO催化剂在催化FA制氢的反应中表现出极其优异的活性, 在无添加剂辅助下的转化频率(TOF)为2357.5 mol_H2∙ mol_catalyst ^-1∙h ^-1, 高于大多数相同反应条件下的异相催化剂。这归因于PEI-rGO衬底与AuPd纳米颗粒之间的强相互作用对金属活性组分的尺寸、分散度和电子结构的调控。此外, 循环测试结果表明该催化剂的稳定性良好。     

氨硼烷热分解放氢的研究进展

氢能是一种理想的二次能源。氨硼烷(NH3BH3,AB)具有19.6%(wt,质量分数)的氢含量而受到广泛关注。氨硼烷热分解放氢具有放氢诱导期较长、有挥发性副产物等缺点。近年来,人们成功研究出几种促进氨硼烷热分解放氢,抑制副产物生成和经济、高效的氨硼烷再生技术。这些令人瞩目的技术为氨硼烷作为储氢材料应用于车载系统提供了广阔的前景。从这个角度,对近阶段氨硼烷的合成、热分解的改性和再生技术的研究进行了综述。     

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)。     

Ni/AC膜电极-铝合金储氢电池的研究

采用化学还原法制备了以椰壳活性炭(AC)为载体的Ni/AC电催化剂. 将Ni/AC电催化剂制作成膜电极, 与铝合金一起组成了一种全新概念的高效、安全、廉价的Ni/AC膜电极-铝合金储氢电池. 运用SEM和XRD 对Ni/AC电催化剂的形貌和结构进行了分析, 通过稳态极化曲线研究了Ni/AC膜电极在中性电解液中的电催化活性, 将Ni/AC膜电极与铝合金组装成的模拟电池进行了恒流放电实验以研究其产氢量和放电性能. 结果表明, 镍在活性炭上的负载量为50%时, 活性炭上沉积的镍颗粒最小; 采用镍负载量为50%的Ni/AC电催化剂的Ni/AC膜电极的电催化活性最高, 将其作为正极的储氢电池不仅放电性能好, 产氢量也大.     

储氢材料研究进展

氢能作为一种新型的能量密度高的绿色能源,正引起世界各国的重视。储存技术是氢能利用的关键。储氢材料是当今研究的重点课题之一,也是氢的储存和输送过程中的重要载体。本文综述了目前已采用或正在研究的储氢材料,如金属(合金)储氢、碳基储氢、有机液体储氢、络合物储氢、硼烷氨储氢等材料,比较了各种储氢材料的优缺点,并指出其发展趋势。     

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。     

纳米多孔Co-Ni-B/Cu-BTC复合材料的制备及其催化水解氨硼烷的研究

首次通过化学还原法制备了纳米多孔Co-Ni-B/Cu-BTC复合材料,在Co-Ni-B合金中掺入金属框架化合物Cu-BTC后有效地提高了复合材料的比表面积,其形貌由团聚的纳米粒子变成纳米多孔结构,复合材料的催化性能也得到显著的提高,用于催化氨硼烷的水解,表现出良好的催化活性。在30℃时,催化水解氨硼烷制氢的反应速率到达2 670mL/(min·g),其水解反应的活化能为22.4kJ/mol,与文献相比,表现出较大的优势。所制备的复合材料还具有良好的化学稳定性,表现出重要的应用前景。     

水解制氢材料研究进展

水解制氢是一种常温常压下的现场制氢方式。由于水解制氢材料氢含量高,储存容易,运输方便,安全可靠,一直受到研究者们的关注。本文综述了近年来水解制氢材料的总体发展情况,介绍了三类主要的水解制氢材料,包括硼氢化物(NaBH4, NH3·BH3)、金属(Mg, Al)以及金属氢化物(MgH2),对不同材料的制氢原理、主要问题、催化剂与材料设计进行了详细介绍,比较了不同体系的特点与制氢成本,并对水解制氢及水解制氢材料的现状和商业化面临的困难做了评价,最后对未来的发展方向进行了展望。     

氨硼烷化合物成储氢材料新星

据报道，中科院沈阳金属研究所在新型氨硼烷化合物储氢材料研究方面取得了重要进展，在改善材料可控放氢性能方面达到了国际先进水平。这一成果的应用将推动氢燃料汽车产业发展。     

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.