硼氢化钠醇解制氢催化剂的制备及性能研究

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阻碍质子交换膜燃料电池发展的主要原因之一在于氢气的供给体系并不健全,目前车载燃料电池供氢系统主要是气体钢瓶,这种物理储氢方式处理过程苛刻且具有一定的危险性,因此,更为实用且安全的化学储氢方式成为了人们研究的热点。硼氢化钠(NaBH4)是一种优秀的化学储氢物质,具有很高的理论含氢量(10.8 wt%)以及环境友好性和潜在的操作安全性。硼氢化钠与甲醇反应制备高纯度氢气是一种新兴的制氢技术,在催化剂作用下,可以实现在碱性甲醇溶液中的可控制氢,成为便携式燃料电池氢源的候选项。目前,发展硼氢化钠甲醇制氢系统的关键问题是制备的高效、稳定的催化剂。本论文对硼氢化钠醇解制氢催化剂进行了制备及性能研究,主要内容如下:1、在乙二醇溶液中通过化学还原法制备了一系列不同组分的碳载钌钴合金纳米颗粒催化剂(Ru-Co/C),用于催化硼氢化钠甲醇解反应。详细研究了催化剂组分对催化活性的影响,室温下,当钌钴摩尔比为5时催化剂的最大制氢速率高达9.36×103 mL·min-1·g-1。对其动力学行为进行研究,测得其催化硼氢化钠甲醇解反应的表观活化能低至30.1 kJ·mol-1。并对其构效关系进行了探索。2、使用化学镀法制备了 Co-P/Ni foam催化剂,并详细研究了催化剂制备条件对其表面形貌和催化性能的影响。优化制备条件得到纳米花型形貌的Co-P/Ni foam催化剂,通过对其结构和性能进行表征,该纳米花型形貌的Co-P/Ni foam催化剂表现出优秀的催化硼氢化钠甲醇解制氢的活性,室温下达到3.52×1O3 mL·min-1·g-1的最大制氢速率。3、首先通过高温气相沉积法制备出CNTs/Ni foam复合材料作为催化剂载体,随后通过化学镀法制备出Co-P/CNTs/Nifoam催化剂,并对其形貌和结构进行了表征。分别优化载体和催化剂的制备条件,得出在最佳制备条件下制备出的催化剂的最大制氢速率达到2.3×103mL·min-1·g-1,以及催化硼氢化钠甲醇解反应的表观活化能为47.74 kJ·mol-1。
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