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氢是一种储量丰富的理想清洁能源,是解决化石燃料日趋枯竭和环境污染日益严重问题的重要手段。甲酸是一种低成本的化学制氢材料,具有4.4 wt.%的质量含氢密度,在常温常压下以液态形式存在,便于操作和运输,并且脱氢后可利用二氧化碳加氢反应进行再生。但是常温下甲酸脱氢反应不能自发进行,需要添加催化剂来改善其脱氢性能。本文在综述分析国内外甲酸催化制氢研究进展的基础上,从甲酸脱氢催化剂的成分、结构和载体三个方面对负载型钯基催化剂进行优化改进,深入研究了它们的可控制备方法以及在甲酸脱氢过程中的催化机理。首先,本文制备了一种层状结构的二氧化钛TiO2(L)用作催化剂的载体,并通过优化TiO2(L)制备工艺,研制出催化性能优异的AuPd/TiO2(L)-400复合物催化剂。其常温下催化甲酸脱氢的初始转换频率TOF值达到224 molH2 molcat-1 h-1,表观活化能为11.8 kJmol-1。研究发现,与棒状TiO2和颗粒状TiO2载体相比,层状TiO2(L)作为载体时具有更佳的催化脱氢性能。分析表明,层状TiO2(L)可以抑制金属纳米颗粒的长大,并且提高金属Au和Pd原子的外层电子云密度,从而可以有效提高催化剂的催化活性。为了进一步改善催化剂催化甲酸脱氢的速率,本文制备了氮修饰碳材料(n-CNS)用作催化剂的载体。通过优化制备工艺参数来调控n-CNS中氮元素的含量和种类,所研制的AuPd/NC-Th-160复合物催化剂在常温下的TOF值高达459 mo1H2molcat-1 h-1,表观活化能为28.7 kJmol-1。分析表明,n-CNS中的氮原子可以大幅提高催化剂的催化脱氢性能,当n-CNS上的石墨氮和吡啶氮的比例越高,催化剂的催化脱氢性能越好,并且氮原子的配置能够改性碳载体上的电子分布结构,促进金属AuPd与载体之间的相互作用。为了降低催化剂的应用成本,本文探索了在贵金属Au、Pd中添加低成本的稀土元素La形成三元金属AuPd-La2O3结构,优化研制出纳米碳管负载的复合物催化剂Au0.3Pd0.7-(La2O3)0.6/CNTs。其在低温条件下的初始TOF值能达到每小时589molH2molcat-1h-1,对氢气的选择率为100%,表观活化能为30.7kJmol-1。分析表明,La的加入能够提高贵金属Pd的外层电子云密度,从而使催化剂发挥更好的催化效果。最后,本文制备了石墨烯负载银钯空心结构催化剂AgPd-Hs/G。该催化剂具有优异的催化甲酸脱氢性能,室温下能够在1h之内使甲酸分解率达到78%,且对氢气具有100%的选择性。AgPd-Hs/G的初始TOF值为333 molH2 molcat-1 h-1,表观活化能为28kJ mol-1。在相同的催化条件下,AgPd-Hs/G复合物催化剂的初始TOF值分别是石墨烯负载金属钯催化剂(Pd/G)、碳负载银钯金属催化剂(AgPd/C)的4.5倍和1.9倍。分析表明,催化剂的高活性来源于Ag和Pd之间的合金效应、石墨烯衬底良好的分散效果以及银钯的空心结构。