Co、Mo基碳化物纳米材料的合成及其氨硼烷产氢性能研究

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能源枯竭和环境污染问题日趋严重,环境友好型可持续发展能源的开发日渐迫切。氢能储量大、热值高、产物清洁,是一种优秀的二次能源,可有效解决能源和环境问题。氨硼烷(NH3BH3,AB)作为一种固态化学储氢材料,含氢量高(19.6wt%),化学稳定性良好,在合适的催化剂存在的条件下,可安全、稳定、可控放氢,是一种极具潜力的储氢材料。常温下,AB水解产氢依赖于催化剂,高效、稳定、价格便宜催化剂的开发是氨硼烷水解产氢研究中的主要问题。过渡金属碳化物以其特殊的电子结构,以及类贵金属性能,在催化领域受到研究者的青睐。本文第一部分工作将Ni、MoxC负载于γ-Al2O3上制备了高活性氨硼烷水解催化剂10Ni30MoxC/γ-Al2O3,第二部分工作制备了纳米核壳结构催化剂Co2C@C-260,并研究了其催化氨硼烷水解产氢性能和机理。采用等体积浸渍法制备10Ni30MoxC/γ-Al2O3,选用NH3·H2O为溶剂,氨水与溶质可以形成络合离子,增加了溶质溶解度,达到等体积浸渍的目的,又因静电吸附作用,使络合离子均匀沉积于γ-Al2O3表面,使Ni、MoxC在载体表面分布更均匀,金属颗粒尺寸更小。Ni、MoxC的协同作用极大的提高了氨硼烷水解催化活性,其氨硼烷水解产氢速率明显高于10Ni/γ-Al2O3。在298 K下,10Ni/γ-Al2O3和10Ni30MoxC/γ-Al2O3的产氢速率分别为12407 m L·min-1·gNi-1、37719 m L·min-1·gNi-1,后者产氢速率是前者的3.04倍,TOF值高达75.08 mol H2·molNi-1·min-1。以ZIF-67为前驱体制备Co@C,再在高压反应釜中制备Co2C@C催化剂。通过控制合成温度,调节C膜厚度和Co2C、Co的比例,合成三层核壳结构催化剂Co2C@C-260。催化剂最外层为C膜,中间层为Co2C,核心为Co。在298 K下,Co2C@C-260催化AB产氢速率可达9681 m L·min-1·gCo-1,表观活化能低至26.9k J/mol。本文首次提出釜式高压法合成Co2C,该方法投入少、操作简单、安全可控、制备Co2C纯度高,为Co2C基催化剂的研究大大降低了门槛。
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