NH2-SBA-15负载钯基催化剂用于甲酸制氢

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氢能由于具有高效、无污染、可再生等优点被认为是最有可能替代化石燃料的新能源。目前限制氢能大规模应用的难点在于如何安全方便的存储和运输。甲酸作为生物质处理的主要产物之一,由于能量密度高、无毒且在室温稳定,被认为是一种很有潜力的储氢材料。甲酸在合适的催化剂作用下,室温下即可分解产生氢气和二氧化碳,但甲酸分解时会发生副反应生成一氧化碳容易使催化剂中毒,导致催化剂活性下降,影响催化剂的使用寿命。因此,甲酸制氢研究的关键在于发展高氢气选择性、高活性和高稳定的催化剂。在本论文中,我们设计了一系列氨基修饰的SBA-15负载钯基纳米催化剂用于甲酸制氢反应。主要研究内容如下:(1)使用硅烷偶联剂APTES先对SBA-15进行修饰,得到氨基修饰的SBA-15(NH2-SBA-15),再采用浸渍法将Pd纳米粒子固载在NH2-SBA-15载体上(Pd@NH2-SBA-15)。表征结果表明,尺寸约为2.1 nm的超细Pd纳米粒子均匀的分散在NH2-SBA-15载体上。与未用氨基修饰的SBA负载Pd以及无载体支撑的Pd催化剂相比,Pd@NH2-SBA-15催化剂在甲酸分解制氢反应中表现出更优异的催化活性,在298 K下初始转化频率(TOF)达到了1745 h-1,反应的氢气选择性为92%。我们还研究了氨基修饰量、甲酸钠用量对催化甲酸脱氢性能的影响。(2)为了进一步提高催化剂的活性,采用浸渍法合成了NH2-SBA-15负载的PdIr合金纳米催化剂。研究发现,Ir@NH2-SBA-15催化剂对甲酸分解制氢没有催化活性,但Ir与Pd形成合金后,PdIr@NH2-SBA-15催化剂的催化活性和氢气选择性得到了明显提升。在318 K下初始TOF值为6650 h-1,反应的氢气选择性达到了100%,这是首次报道采用含有Ir的异相催化剂能用于催化甲酸分解产氢。在PdIr@NH2-SBA-15基础上,我们引入Au与PdIr组成的PdAuIr@NH2-SBA-15合金纳米复合催化剂。由于金属之间的协同作用,使得PdAuIr@NH2-SBA-15催化剂对甲酸脱氢展现出更好的催化活性,其初始TOF值高达到18043 h-1,高于目前报道的大多数催化剂。
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