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硼氢化钠(NaBH4)催化水解制氢因具备移动氢源应用潜力而成为近年来储氢材料的研究热点。目前,制约该制氢体系的主要问题有:(1)缺乏高效、廉价、耐久的催化剂;(2)受限于反应副产物(NaB O2)的溶解度,该体系的实际有效储氢密度远低于其理论值(10.8 wt%);(3)适合于低温条件下,NaBH4制氢体系的研究较少。本工作以NaBH4可控制氢体系为研究对象,重点围绕上述问题开展研究,在制备高性能非贵金属催化剂,构建高性能复合水解制氢体系以及低温条件下水解/醇解制氢等方面,取得了如下进展: 1.采用化学还原工艺,以乙二醇(EG)为溶剂,制备出一种高活性三元Co-Mo-B(EG)非贵金属催化剂;据此,以堇青石蜂窝陶瓷(HCM)为载体,采用化学镀工艺,制备出负载型Co-Mo-B/HCM催化剂。系统研究了催化剂的微观结构与其性能的关系,研制的催化剂对NaBH4催化水解展示了极好的催化性能,其催化性能接近或达到文献报道的贵金属水平; 2.催化剂的耐久性是制约NaBH4催化水解制氢应用的关键问题。研制的Co-Mo-B/HCM催化剂对NaBH4催化水解具有高的活性,但是,该催化剂在循环使用时,催化剂的活性会逐渐衰减。研究表明:催化剂失活的主要原因是催化剂表面吸附了反应中间产物或副产物,该产物为一种较为致密含硼的水化物,它阻止了反应物与催化剂的接触,导致催化剂失活。研究发现:可对失活的催化剂采用低温热处理的方法恢复催化剂的活性。低温热处理导致催化剂表面吸附的含硼的水化物失水,产生微裂纹,增加了反应物与催化剂的接触,因此,恢复了催化剂的活性; 3.针对NaBH4制氢体系的实际储氢密度低,基于NaBH4水解和Al/H2O反应相互促进的原理,以Co-Mo-B催化剂,构建了溶液基剂和固体基NaBH4/Al复合制氢体系,对体系的制氢性能和反应机理进行了研究。实验结果表明:研制的复合制氢体系的综合性能远优于NaBH4水解制氢体系。经优化体系的组分,复合制氢体系,可在室温快速启动,溶液基剂和固体基制氢体系的储氢密度分别可达6.20和6.43 wt%,其储氢容量达到国际前沿水平; 4.NaBH4催化水解制氢体系可在室温快速启动,但该体系不适用于低温条件下制氢。基于醇水混合物具有低的冰点,经过比对NaBH4在EG中醇解及其水解反应动力学性能,提出以含CoCl2的EG和H2O混合液为反应控制剂,采用固体NaBH4为燃料,构建了一个可在宽温度范围条件下新型制氢体系,并对该体系的制氢性能和反应机理进行了研究。该制氢体系可在-10~-20℃快速启动,并于数分钟内完成100%燃料转化,经组分优化后的体系储氢容量约为4wt%。 本工作高性能非贵金属催化剂的研制、催化剂的再生方法、构建的高性能制氢体系及对NaBH4水解或醇解制氢反应动力学规律认识,为研发实用型可控制氢系统提供了实验和理论基础。