石墨烯负载非贵金属催化剂对硼氢化物产氢性能的影响

摘要

硼氢化物是一类储氢密度很高的固态化合物，其中硼氢化钠(NaBH4，10.7 wt.％)和氨硼烷(NH3BH3，19.6 wt.%)具有较好的稳定性，合适催化剂作为硼氢化物水解放氢反应的开关，通过控制反应条件，可以对水解放氢进行有效控制。本文研究了复合型过渡金属催化剂的制备和对硼氢化物水解放氢性能的影响，同时研究了制备的多种新型过渡金属催化剂在不同条件下对硼氢化物水解产氢的影响。
　　采用水热法制备了三维结构的氧化石墨烯(3DGO)，兼备二维氧化石墨烯表面的官能团和三维立体结构。用化学还原法制备了催化剂Co@3DGO，微观结构表明Co颗粒团聚现象减少，粒径由40-50 nm减小到20 nm左右。在298K下，NaBH4产氢速率可达到4394 mLH.min-1.gM-1。反应活化能仅为37.43 kJ?mol-1。研究发现，由于当反应处于较高产氢速率时，伴有大量气泡从催化剂表面产生，这些氢气泡迅速膨胀对催化剂的结构有很大的影响，导致催化剂金属的团聚和载体结构的坍塌。因此，NaOH浓度在0.25 M~0.05 M范围内，催化剂的循环性能随着NaOH浓度的减小而增加。在活性组分中增加另一种过渡金属 Mo，用化学还原法将 Co2+和 Mo6+两种离子共还原到3DGO上。由于双金属的共同作用，当Co和Mo的摩尔比为7:3时，Co0.7Mo0.3@3DGO水解NaBH4活性最高，在相同条件下比Co@3DGO的活性高1.6倍，可达到7023.3mLH.min-1.gM-1，反应活化能仅为35.6 kJ?mol-1。
　　为了增加氧化石墨烯表面的缺陷，使其更好地锚定催化剂的活性组分，用氧化物刻蚀法制备了多孔改性氧化石墨烯(PGO)。以 PGO为载体引入催化剂中，制备了催化剂Co@PGO，催化NaBH4的产氢速率可以达到5955 mLH.min-1.gM-1，NaBH4水解反应活化能为55.2 kJ?mol-1。循环5次后，催化剂活性为第1次的72.9%。催化NH3BH3水解放氢速率可达10730.9mLH.min-1.gM-1，AB水解反应活化能为41.95 kJ?mol-1。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 选题背景与研究意义

1.2 氢气的制备和储存问题。

1.3 储氢材料的分类及其研究现状

1.4 硼氢化物水解制氢的研究现状

1.5 本文研究思路和主要内容

第2章 实验材料和方法

2.1 实验原料和设备

2.2 材料制备

2.3 仪器分析

2.3 性能测试

第3章 Co@3DGO的制备及对NaBH4水解放氢性能研究

3.1 Co@3DGO的制备与催化NaBH4水解放氢测试

3.2 CoMo@3DGO的制备与催化NaBH4水解放氢测试

3.3 本章小结

第4章 Co@PGO的制备及对水解放氢性能的影响

4.1 Co@PGO的制备与催化NaBH4水解放氢测试

4.2 Co@PGO催化NH3BH3水解放氢测试

4.3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢