甲酸低溫分解制氫炭負載金鈀納米合金催化劑的研究.pdf

1、能源匱乏和環(huán)境污染是人類面臨的兩大挑戰(zhàn)。為了實現(xiàn)人類社會的可持續(xù)發(fā)展，開發(fā)安全、高效的新型清潔能源極為迫切。其中，氫能因其來源豐富，熱值高，環(huán)境友好，以及在氫質(zhì)子膜燃料電池中的應(yīng)用，受到研究者的廣泛關(guān)注。氫氣的可控產(chǎn)生、儲存和運輸成為制約氫能經(jīng)濟發(fā)展的瓶頸?；瘜W(xué)儲氫即通過化學(xué)物質(zhì)如硼氫化合物、水合肼和甲酸等在合適的催化劑在適宜的條件下進行氫氣的可控儲存和釋放。它能夠克服經(jīng)典的儲氫技術(shù)在能量密度、安全和有效性方面存在的問題。本文研究了催化

2、甲酸分解制氫的負載型多相催化劑的制備，通過對載體和活性組分的篩選和修飾并且選擇合適的制備方法，合成了對甲酸分解制氫具有高活性和選擇性的炭負載的金鈀納米催化劑。本文中用到的載體為炭黑，炭黑是合成負載型納米催化劑的常用載體，活性組分為金鈀的納米合金，選用的合成方法是低溫液相共還原的方法。通過對合成過程中溫度、金鈀的原子摩爾比例以及外加金屬離子等條件的選擇，調(diào)控納米粒子的成核和生長過程。XRD、TEM、XPS、UV-Vis的結(jié)果都表明合成的催

3、化劑為炭負載的高度分散度金鈀合金納米催化劑，納米粒子的粒徑大約為2到3納米。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴通過低溫水相還原的方法制備出分散度較好炭負載金鈀納米合金催化劑，該催化劑在接近零攝氏度的條件下就可以催化甲酸-甲酸鈉體系快速的產(chǎn)生氫氣和二氧化碳。其初始TOF高達635 h-1。在室溫下催化劑的催化甲酸分解的初始TOF高達1075 h-1。反應(yīng)的活化能為21.98 kJ/mol。負載的金鈀納米催化劑對甲酸分解的催化活性要遠遠高于

4、負載的金納米催化劑和負載的鈀納米催化劑的催化活性。結(jié)果表明通過添加第二種金屬對鈀納米催化劑表面進行改性修飾，可以提高鈀納米催化劑的抗一氧化碳毒化性能和催化性能。高角度環(huán)形暗場掃描透射圖（HAADF-STEM）顯示金鈀均勻地分布在金屬納米粒子中。并且考察了合成溫度和金鈀的原子摩爾比例對合成的納米催化劑催化活性的影響，實驗結(jié)果表明隨著反應(yīng)溫度的降低，合成的納米粒子的平均粒徑減小。這可能是由于溫度對納米粒子合成過程中的成核、生長以及聚集具有一

5、定的影響。并且合成催化劑的催化活性也隨著溫度的降低而增大。表明納米催化劑的粒徑越小，與反應(yīng)底物接觸面積越大，催化活性越好。⑵通過添加適當?shù)谋砻婊钚詣?、聚合物、配體、其他離子以及調(diào)控合成反應(yīng)條件，可以實現(xiàn)對納米粒子的成核、生長和聚集速率優(yōu)化控制。最終得到粒徑較小、粒徑分布范圍較窄、組成均勻的雙金屬催化劑。在這一部分我們主要講述在-3℃的條件下，鎂離子低溫輔助合成碳負載的金鈀納米催化劑。該催化劑在室溫下具有很好的催化活性和選擇性。其在室溫下