氨催化分解用銥基催化劑的制備及其性能研究.pdf

1、質(zhì)子交換薄膜燃料電池(PEMFC)以氫氣作為燃料源，無(wú)污染、無(wú)噪音，其能量轉(zhuǎn)化效率是40％--60％，因而倍受關(guān)注。氨催化分解產(chǎn)物只有氫氣和氮?dú)?，沒(méi)有分解的氨氣適當(dāng)處理后其濃度可以降低到2×10<'-7>以下；另外，氨氣的存儲(chǔ)也比較方便，室溫、810.4 KPa左右條件下，氨氣以液體的形式存在。氨氣可以人工合成，來(lái)源廣泛，氨的儲(chǔ)氫能力(17.7 wt％)和能源密度(3000 Wh/kg)明顯高于甲醇等碳氧化合物，從而能夠降低成本。另外，

2、氨催化分解產(chǎn)生的氫、氮混和氣，可代替純氫氣作為一種還原性氣體應(yīng)用于鋼鐵和電子產(chǎn)業(yè)。 貴金屬銥(Ir)歸屬于第Ⅷ族過(guò)渡元素，是一種稀有貴金屬，而且是高級(jí)戰(zhàn)略材料。目前銥(Ir)作為催化劑使用主要用在肼等推進(jìn)劑的催化分解、汽車(chē)尾氣凈化和不飽和碳?xì)浠衔锏募託浯呋瘎?。在保證銥(Ir)催化劑的低溫高活性、穩(wěn)定性和抗燒結(jié)性同時(shí)，降低銥(Ir)催化劑的成本是現(xiàn)在研究的熱點(diǎn)之一，而添加適量助催化劑是降低銥(Ir)含量的有效手段；文獻(xiàn)表明，通過(guò)

3、采用新的制備方法或控制制備條件來(lái)控制負(fù)載型銥(Ir)催化劑的粒子大小和晶相，從而提高活性組分的分散度是必要的，也是可行的。 本文以氨氣催化分解為模型反應(yīng)，首先從催化劑的基本制備條件著手，通過(guò)對(duì)Ir/SiO<,2>催化劑的焙燒溫度、焙燒氣氛和還原溫度的研究，結(jié)合H<,2>-TPR和H<,2>-TPD等表征結(jié)果，比較深入地研究了催化劑制備條件對(duì)催化劑的還原性質(zhì)以及對(duì)氫氣吸附--脫附性能的影響。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，以丙酮為溶劑制備的銥(Ir)催

4、化劑的催化活性明顯高于以水為溶劑制備的催化劑，其主要原因是丙酮溶劑能夠在催化劑焙燒過(guò)程中提高活性組分的分散度；焙燒溫度和還原溫度對(duì)銥(Ir)催化劑的性能和結(jié)構(gòu)影響很大，350℃左右的溫度焙燒時(shí)催化劑表現(xiàn)出較高的催化活性。氫氣和氬氣氣氛中焙燒的催化劑均表現(xiàn)出比空氣氣氛更高的催化活性。H<,2>-TPD表征說(shuō)明，與空氣焙燒相比，氫氣和氬氣焙燒增強(qiáng)了銥(Ir)催化劑活性組分Ir對(duì)H<,2>的吸附能力。堿金屬助劑(Li、Na和K)在氨催化分解中

5、起電子助劑的作用，電子助劑的電負(fù)性越低，其提供電子的能力越強(qiáng)，從而其催化活性就越高。助劑Ba的添加顯著提高了Ir/SiO<,2>催化劑的氨催化分解活性，結(jié)合H<,2>-TPK表征結(jié)果說(shuō)明助劑Ba起電子助劑和結(jié)構(gòu)助劑的雙重作用，一方面與活性組份發(fā)生協(xié)同作用，改變了催化劑的活性中心狀態(tài)；另一方面，助劑Ba的加入可明顯提高Ir/SiO<,2>催化劑的熱穩(wěn)定性，原因在于活性組分Ir燒結(jié)的過(guò)程中能被BaO捕獲，導(dǎo)致活性物種Ir的再分散，提高了催化