水合肼和肼硼烷制氢用镍基催化剂的研究

摘要

氢能作为一种高能量密度的绿色清洁能源备受关注。安全高效的储存和制取氢气是目前氢能大规模应用的瓶颈。水合肼（N2H4·H2O）具有较高的储氢量（8.0 wt%），制氢的副产物仅为 N2，被认为是一种有潜力的液态化学储氢材料。肼硼烷（N2H4BH3）含氢量高达15.4 wt%，特别是通过其硼烷基水解和肼基分解实现完全产氢后，其制氢 N2H4BH3?3H2O体系的质量储氢容量可达10.0 wt%。肼硼烷和水合肼制氢反应研究的关键在于发展高效稳定和高选择性的催化剂。本论文设计合成了几种镍基金属纳米材料，并应用于催化肼硼烷和水合肼产氢。主要内容如下：
　　（1）采用浸渍共还原的方法制备了 MOFs固载的 NiFePd纳米粒子催化剂（NiFePd/MIL-101），并利用 SEM、TEM、SAED、XRD、EDX、XPS和 N2吸附脱附等技术对催化剂进行了分析表征。研究表明大约3.2 nm的纳米颗粒均匀地分散在金属有机框架材料 MIL-101上。将该 Ni0.36Fe0.24Pd0.4/MIL-101催化剂应用于肼硼烷和水合肼产氢反应，均实现了100%的氢气选择性。并且在循环使用5次后，催化剂的催化性能无明显降低。
　　（2）采用简单的共还原法，快速合成了高度分散的 Mo掺杂 NiPd合金纳米粒子催化剂（NiPdMo NPs），粒径约为4.0 nm。Mo的引入可以提高催化剂的分散度，以及降低纳米合金的粒径和结晶度，还能将自身电子传递到 Ni和Pd上，这些掺杂效应均有利于催化剂的催化活性的提高。在323 K下，Ni0.6Pd0.4Mo0.8对肼硼烷和水合肼产氢反应均表现出良好的催化活性，氢气转化频率（TOF）分别为405.1和195.5 h?1。
　　（3）采用氢氧化钠辅助还原的方法，控制合成了碳酸氧镧负载的超细NiPt合金纳米颗粒（NiPt/La2O2CO3），该催化剂对肼硼烷的室温产氢（298 K）具有目前为止最高的催化活性，反应的 TOF值高达1200.0 h?1。此外，NiPt/La2O2CO3对水合肼的室温产氢也有100%的氢气选择性、较好的催化活性和循环稳定性。这种简单有效的合成方法不仅仅局限于合成 NiPt纳米粒子，还可以扩展到合成其他双金属纳米粒子，它提供了一种普适的方法合成新型纳米催化剂用于肼硼烷和水合肼产氢。

目录

声明

第一章 绪论

1.1引言

1.2氢能与质子交换膜燃料电池

1.3高容量储氢材料—肼硼烷

1.4液相储氢材料—水合肼

1.5本论文的研究目的、意义和主要内容

参考文献

第二章 MOFs固载NiFePd纳米材料的合成及催化产氢应用

2.1前言

2.2实验部分

2.3结果与讨论

2.4本章小结

参考文献

第三章 NiPdMo纳米粒子的制备及其催化产氢应用

3.1前言

3.2实验部分

3.3结果与讨论

3.4本章小结

参考文献

第四章 La2O2CO3担载NiPt纳米颗粒的制备及其催化产氢应用

4.1前言

4.2实验部分

4.3结果与讨论

4.4本章小结

参考文献

结论与展望

个人简历

在读期间公开发表论文及科研情况

致谢