随着社会和科技的不断发展,能源需求量逐步增大。然而当今社会的能源结构仍主要依赖于化石燃料,如煤、石油、天然气等。但化石燃料的不可再生性和不合理开采导致了现今化石燃料的存储量骤降,与此同时大量使用化石燃料也导致了全球生态环境急剧恶化。因此,寻找更适合的可替代清洁能源迫在眉睫。氢气作为一种储能高、产物无污染、质量轻、来源广的新型清洁能源受到人们的普遍关注。特别是近年来质子交换膜燃料电池发展十分迅速,其燃料——氢气也吸引了更多研究者的青睐。传统的物理储氢方法需要高压压缩,运输困难,成本过高。因此相较而言,作为一种新型的化学储氢材料,硼氢化钠(NaBH4)通过水解产生氢气,具有携带方便、运输安全、储氢量高、水解产物易分离等优势。催化剂的存在对于NaBH4水解制氢至关重要。其一,催化剂是控制碱性NaBH4水解反应开始的“开关”;其二,它可以提高NaBH4水解析氢速率,同时保证稳定的释放氢气速率。目前,常见的催化剂主要以过渡族元素为主,以贵金属Pt、Pd、Ru以及非贵金属Co、Ni、Fe为代表,具有较优良的催化NaBH4水解制氢性能。虽然纯贵金属催化剂催化活性较高,但成本过高,导致实际应用可能性降低。而以非贵金属Co为主的Co基催化剂,在成本较低的同时,通过掺入少量贵金属或与其它非贵金属结合等方法的改良,使得其在催化NaBH4水解制氢方面活性显著提高,成为研究的热点。因为Co基催化剂通常具有磁性,制备的纳米Co基催化剂易发生团聚而导致活性降低,所以需要选择合适载体,如石墨烯、Si02或聚合物等,以便更好的固定和分散催化剂颗粒,达到提升催化剂耐久性的目的。基于以上原因,本文围绕Co基纳米催化剂进行制备方法、组成以及载体的改良,通过一系列的表征手段,研究其催化NaBH4水解制氢的性能。论文主要由NaBH4水解制氢催化剂的研究进展及研究论文两部分组成,具体内容如下:第一部分:主要概述了氢能源的优势、储氢材料的种类以及NaBH4水解制氢原理。另外,对水解制氢相关催化剂和催化剂载体进行了详细的介绍。第二部分:研究论文包括W掺杂Co-Pt纳米催化剂催化NaBH4水解性能的研究,还原氧化石墨烯负载Co-Pt纳米催化剂的制备及其催化NaBH4水解析氢的研究,以及Si02-CoFe204负载贵金属催化剂催化NaBH4水解制氢的探究。具体内容如下:1.以碱性NaBH4作为还原剂,聚乙烯吡咯烷酮作为表面活性剂,制备了 W掺杂的Co-Pt纳米催化剂。该催化剂较未掺杂W的Co-Pt催化剂具有更高的催化活性,通过对催化剂中金属比例的优化,最高催化析氢速率可达6800 mL·min-1·g(催化剂)-1,且具有较低的反应活化能(31.7 kJ·mol-1)。同时通过SEM、XRD、XPS、ICP等一系列的表征手段确定W掺杂的W掺杂的Co-Pt纳米催化剂的形貌、组成及含量,并进一步探讨了 W对Co-Pt纳米催化剂形貌及性能的具体影响。实验结果表明W的存在阻止了 Co、Pt在还原过程中过快的成核,促使催化剂形成有利于提高催化活性的非晶态。此外,由于W的加入,使得催化剂具有lewis酸位,能吸收OH-,促进OH-与反应中间产物发生反应,从而加快NaBH4水解,达到提高催化活性的目的。2.在无表面活性剂的情况下,通过一步原位还原法,使用水合肼还原制备出具有较强磁性的还原氧化石墨烯(rGO)负载Co-Pt纳米催化剂。使用TEM、EDS、XPS、ICP对制备的rGO负载Co-Pt催化剂成分形貌等进行表征,结果表明该催化剂具有很好的金属负载量,同时催化剂颗粒团聚程度低,且分散性好,颗粒尺寸约为2～3 nm。通过对催化NaBH4水解性质的研究,优化了催化剂组成金属的比例。当Pt含量为催化剂量10%(金属载量的20%)时,具有较好的催化活性,最大析氢速率可达6534 mL·min-1·g(金属)-1,明显高于Co-Pt催化剂,反应活化能约为57.06kJ·mol-1。在耐久性测试中,该催化剂循环稳定性较好,还具有较强的磁性,易于回收分离。3.使用NaBH4还原无表面活性剂的贵金属前驱体,以SiO2包覆强磁性CoFe2O4作为贵金属催化剂的载体,制备了 Pt/SiO2-CoFe2O4和Ru/SiO2-CoFe2O4两种催化剂,通过TEM、XRD等表征手段分析了两种催化剂的晶态以及形貌,并通过催化NaBH4水解析氢对比,探究了两种催化剂的催化性能优劣以及原因。对比发现,制备的Ru/SiO2-CoFe2O4具有圆球状的特殊形貌,催化NaBH4析氢反应转化频率(TOF,turnover frequency)值可达167.4 mol(H2)·min-1·mol(Ru)-1,展现了优异的催化性能。特别是在循环催化测试中析氢速率几乎保持原有析氢速率,比Pt/SiO2-CoFe2O4具有更好的催化活性、更低的反应活化能以及更强的催化稳定性。