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氨硼烷以其高的质量储氢密度成为当前储氢材料的焦点,具有广阔的应用前景。氨硼烷可以通过水解的方法释放出所含的氢,反应发生需要催化剂的参与,并且反应的速率也随催化剂的不同而改变。因此,研究和开发新型高效催化氨硼烷水解反应的催化剂是研究的热点。氨硼烷水解反应所使用的催化剂,要求活性高,粒径小,分散性好,稳定性高,而且成本低。Pt基催化剂广泛应用于催化水解反应,并且具有优异的催化性能。因此,改进Pt基催化剂的载体、组成、结构及合成方法,从而进一步提高其催化性能是一项有意义的工作。本文从Pt基催化剂的制备方法、组成和载体对催化剂的性能影响等方面进行了研究,主要内容如下:
1.采用反相微乳法制备了纳米合金PtxNi1-x(x=0,0.35,0.44,0.65,0.75,0.93)颗粒。利用XRD、SEM和TEM对催化剂的结构和形貌进行表征,结果表明,微乳法可以有效控制产物粒径大小,所制各样品粒径均一,分散性较好,合金程度高。当加入H2PtC16的量不同时,所制备的合金中Pt的含量不同,从而制备了一系列不同Pt含量的PtxNil-x合金。该方法不仅适用于制备Pt-Ni合金,而且适用于其它Pt基合金催化剂的制备。
2.采用两步法制备了核壳结构催化剂。用油酸做分散剂、乙二醇做还原剂,分别将Ni(Ac)2,Co(At)2还原成Ni、Co单质,然后再沉积Pt,从而形成Nil-x@Ptx、Col-x@Ptx核壳结构纳米颗粒。当加入H2PtC16的量不同时,制备了一系列不同Pt壳的Nil-x@Ptx纳米粒子(x=0.32,0.43,0.60,0.67,和0.80)和Col-x@Ptx纳米粒子(x=0.33,0.43,0.60,0.68,0.82)催化剂。两步法制备核壳结构,操作简单,反应可控性强,制备的产物纯度较高,产量较多,对于其他纳米核壳材料的制备具有借鉴意义。
3.用活性炭作为载体,制备了Nil-x@Ptx和Col_x@Ptx/C纳米催化剂,Nil-x@Ptx和Col-@Ptx负载量为30wt%。碳负载可以更好的分散活性组分,形成分散均匀,颗粒粒径均一的催化剂。催化剂更多的接触氨硼烷和水分子,从而进一步提高催化性能。
4.氨硼烷水解反应机理研究。在Ni-x@Ptx/C纳米粒子(负载量为30wt%)催化氨硼烷水解反应过程中,氨硼烷水解反应是B-N和B-H键断裂,B元素由NH3BH3中的B-N和B-H键合转变为B02-中B-O键合,逐渐形成B--O键的过程。反应的关键步骤是形成氢-催化剂反应中间态,所以催化剂的设计应该从容易形成这个中间态来考虑。氨硼烷水解反应机理的研究有助于从本质上解释放氢过程,从而有助于设计更优的催化剂。