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在人类对能源日渐增长的需求和传统不可再生能源骤减的背景下,对新能源的研究受到了前所未有的关注,其中氢能尤为引人注目。随着燃料电池技术的日渐成熟,寻找合适的能源载体成为制约燃料电池的瓶颈。高效、室温和简单可行的制备氢气的方式成为研究的热点,而甲酸作为氢气的载体来制备氢气受到广泛关注。本论文研究内容围绕甲酸分解制氢催化剂的制备和表征,采用共沉淀法在二氧化锆载体合成过程中掺杂金属元素的方法对二氧化锆载体进行改性修饰,然后负载贵金属金活性组分的方法来制备催化剂,考察催化剂在低温(50℃)催化甲酸分解产生氢气的催化效果。
本研究主要分为两个部分:⑴分别考察掺杂原子质量分数为5%Fe、Co、Ni、Zn、Mn、Ca、Mg、Al、Bi以及稀土元素Y、Nd、Eu、La、Gd掺杂的ZrO2载体,对负载金催化剂活性的影响。实验发现,催化剂的活性与贵金属金和载体的相互作用以及金的分散度密切相关。通过共沉淀法掺杂的方式,有些催化剂的催化活性显著提高。在这些改性催化剂中,其中催化活性最高的是Nd掺杂的催化剂,其2h TON高达1959,显著高于未掺杂的ZrO2催化剂的值(914)。⑵通过前面的筛选工作,我们将研究焦点集中在对钕掺杂二氧化锆催化剂的研究中,通过对催化剂合成过程和甲酸分解制取氢气过程中实验条件进行考察,我们确定了催化剂的较佳制备条件和反应条件:共沉淀法,Nd的掺杂量为10%,载体的焙烧温度400℃,原料采用甲酸和三乙胺摩尔比为5∶2的混合液,反应温度50℃。通过采用各种手段对催化剂进行表征,来研究影响催化剂催化活性的因素,我们发现影响催化剂催化活性的因素主要是载体的结晶度、贵金属Au的分散度和载体与贵金属金之间的相互作用。实验证实,载体的适当结晶有助于提高催化剂的催化活性,无定形和结晶态的催化剂催化活性都很差;贵金属的分散度越好,催化剂的催化活性越高。稀土元素Nd的掺杂可以有效的改善载体和Au的相互作用,进而提高催化剂的催化活性。