钴基催化剂的合成及其在化学氢化物产氢中的应用研究

摘要

化学氢化物以其稳定、廉价、无毒等优点在储氢及其运输方面成为一种有前景的材料。尽管化学氢化物在室温下水解产氢是自发的，但是在化学氢化物水解产氢反应的过程中，产氢速率较低。因此，为了加快化学氢化物水解产氢速率，催化剂的使用显得尤为重要。在催化化学氢化物水解制氢的众多催化剂中，钴基纳米催化剂以其高催化活性及廉价等优点引起了研究者的广泛关注。
　　本论文主要采用不同的方法制备钴基催化剂并将其应用于对化学氢化物水解产氢体系的催化。主要工作包括球磨辅助界面方法制备的非晶态纳米薄片CoB合金、固定磁场诱导合成的非晶态纳米线CoB合金以及由非晶态CoB纳米链延伸制备的核-壳结构CoB@Ni(OH)2催化剂，并将这三类催化剂应用于催化碱性介质中化学氢化物水解产氢体系。对不同方法合成的催化剂材料进行组成、形貌、结构及催化性能的表征，并比较了这三种催化剂与普通方法制备的CoB催化剂的异同。
　　本论文由以下三部分组成：
　　第一部分：非晶态超薄纳米片CoB合金催化剂的制备及催化NaBH4水解产氢性能的研究
　　CoB催化剂对催化硼氢化钠具有优异的催化活性，而催化剂的比表面积是影响其活性的重要因素之一。利用普通方法制备的CoB合金的比表面积小且其活性也低。本部分采用球磨辅助界面的方法在室温条件下利用NaBH4溶液球磨辅助界面还原分散在有机相中的CoCl2·6H2O，进而得到柳絮状纳米薄片组成的非晶态CoB合金催化剂。通过物理表征其比表面积可以达到224.7m2g-1，并且孔尺寸为介孔。催化测试结果表明，在催化NaBH4水解产氢过程中该方法制备的大比表面积CoB合金催化剂比普通方法制备的CoB合金催化剂具有较高的催化活性及稳定性。
　　第二部分：非晶态纳米线CoB合金催化剂的制备及催化NH3BH3水解产氢性能的研究
　　CoB催化剂在催化NH3BH3水解产氢过程中，会受到水解副产物的毒害作用而导致其稳定性降低。本部分是在室温条件下利用固定磁场对 NaBH4还原CoCl2·6H2O得到的CoB纳米单元进行诱导，使其组装为一维线型结构。并利用各种表征形式对一维线型CoB合金的结构、形貌以及催化氨硼烷水解产氢的性能进行了研究。催化测试结果表明该方法制备的一维CoB纳米线催化剂在催化NH3BH3水解产氢过程中与普通CoB纳米颗粒相比具有更优异的催化活性及稳定性。
　　第三部分：核-壳结构CoB@Ni(OH)2纳米链的制备及催化NH3BH3水解产氢性能的研究
　　在化学氢化物水解产氢体系中，添加剂碱可以作为稳定剂减弱化学氢化物水解过程中产生的副产物对催化剂活性组分毒化的影响。本部分是在室温条件下利用固定磁场诱导合成的非晶态CoB纳米颗粒组装为一维纳米链，并在CoB纳米链上负载Ni(OH)2合成核-壳结构CoB@Ni(OH)2纳米链。通过一系列的表征对核-壳结构CoB@Ni(OH)2纳米链组成、结构以及对氨硼烷的催化性能进行了研究。催化测试结果表明，该材料与未负载Ni(OH)2的CoB纳米链相比具有更高的催化活性及稳定性。

目录

声明

西北师范大学研究生学位论文作者信息

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 钴基材料作为化学氢化物水解制氢催化剂的研究

1.3 钴基材料在化学氢化物水解制氢体系中的应用

1.4 本论文的研究内容及意义

第二章 柳絮状CoB合金催化剂的制备及在NaBH4水解产氢性能中的应用

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 本章小结

第三章 非晶态纳米线CoB合金的制备及在NH3BH3水解产氢性能中的应用

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

第四章 核-壳结构CoB@Ni(OH)2纳米链的制备及在

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间的科研情况

致谢