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氨气是燃料电池汽车潜在的非碳基氢源。贵金属Ru、负载型氨气裂解制氢催化剂活性虽高但价格昂贵,非贵金属负载型催化剂也可以将氨气完全分解,但是温度要求极其严格,高达600℃以上,不利于实际应用。因此采用非贵金属催化剂在较低温度下将氨气完全分解的研究受到了广泛的关注。 介质阻挡放电非平衡等离子体是一种在常温常压下可实现的,非常有效的分子活化手段。在等离子体中,电子通过电场加速而获得足够高的能量(1-10eV),使反应物分子激发、离解和电离,形成高能活化状态的反应物种。 本论文采用介质阻挡放电非平衡等离子体与非贵金属负载型催化剂相结合进行氨分解制氢的等离子体催化新方法的研究,以期望在常压及较低温度下使氨气有效分解。论文主要研究了Ni、Fe、Cu等非贵金属负载型催化剂的制备方法,考察了非平衡等离子体与催化剂耦合对氨分解的效果,在于筛选出一种能与等离子体相匹配高效分解氨气的催化剂,以便于提高常压、较低温度下氨分解制氢的速率和能效。 本论文取得的主要结果如下: 1、首次将介质阻挡放电非平衡等离子体与非贵金属催化剂相结合用于催化氨气裂解制氢反应。结果表明,用介质阻挡放电非平衡等离子体与非贵金属催化剂相结合所形成的等离子体催化法裂解氨气制氢可以显著提高非贵金属催化剂的催化活性,并提高放电反应的能量效率。在常压,450℃和氨气进料体积空速850h-1的条件下,介质阻挡放电等离子体和NiO/Al2O3催化剂共同作用下氨气转化率可达99%以上,能量效率可达664L(STD)/kW·h。 2、介质阻挡放电非平衡等离子体与非贵金属催化剂在一定温度下能对催化氨气裂解制氢反应产生显著的协同效应。如,在450℃条件下,单独使用NiO/Al2O3催化剂和介质阻挡放电等离子体时氨气的转化率分别为5.9%和17.8%,相同条件下将二者同时使用则氨气的转化率竟达99%以上。这种协同效应表现在,一方面催化剂能利用介质阻挡放电过程中产生的‘电热’催化氨气分解;另一方面,等离子体可能加速表面吸附态氮原子的重组脱附,从而加速催化剂表面的氨气分解反应。 3、采用浸渍法制备催化剂,筛选出一种适合等离子体催化分解氨气的催化剂,活性组分为Ni,载体为Al2O3。 4、在等离子体催化氨气裂解制氢反应中,等离子体对催化剂的组成合结构有影响,使活性组分由氧化态转变为氮化态,从而提高氨气分解转化率和降低制氢能耗。