非贵过渡金属催化剂制备及其对硼氢化钠水解制氢的影响
文献类型：学位论文
| 作者 | 梁艳 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2009-12-14 |
| 授予单位 | 中国科学院金属研究所 |
| 授予地点 | 金属研究所 |
| 导师 | 成会明 |
| 关键词 | 储氢材料 硼氢化钠 催化剂 反应级数 吸附氢 |
| 其他题名 | Preparation of non-noble transition metal catalyst and its effects on hydrogen generation from hydrolysis of sodium borohydride |
| 学位专业 | 材料学 |
| 中文摘要 | 氢能是一种理想的清洁能源，发展高性能储氢材料是实现氢能商业化应用的关键。相比于高压和低温液化储氢，材料基固态储氢在操作安全性﹑能源效率及储氢容量方面具有显著优势，其中，非可逆的化学储氢材料最具实用性。近年来，硼氢化钠 (NaBH4) 因高储氢量、易存储、可控制等优点成为储氢材料领域备受关注的研究热点。目前，NaBH4水解制氢体系的研究主要围绕三个方向展开：首先，即时响应式产氢系统需要催化剂快速引发和控制反应过程，因此，高效、廉价、耐久性的催化剂是NaBH4基制氢系统的核心；其次，NaBH4催化水解是一个复杂的过程，其中，对NaBH4反应级数的研究是水解动力学中的热点；此外，对催化水解的反应机理认识仍然不够。本工作主要围绕上述三个问题开展了系统深入的研究，在高效廉价催化剂的制备、反应动力学和反应机理的认识方面，取得了如下进展： (1) 通过增大还原剂和金属主盐的浓度，使用适当的络合剂，而不用稳定剂，提出了一种NaBH4水解催化剂制备新工艺——改进化学镀法。利用该方法，制备了以泡沫镍为载体的高效多孔非晶态Co-B、Co-W-B和Fe-Co-B催化剂。系统研究了制备工艺对催化剂的微观结构和催化活性的影响，分析了氢气泡动态模板在形成多孔结构中的作用，得到了产氢速率（11 L min-1 g-1 (Co-B)，15 L min-1 g-1 (Co-W-B)，22 L min-1 g-1 (Fe-Co-B)）可与贵金属催化剂相比的负载型多孔过渡金属催化剂； (2) 分别以Co-B、Co-W-B和Fe-Co-B/泡沫镍为催化剂，系统研究了NaBH4浓度、氢氧化钠浓度、反应温度等反应条件对体系产氢速率、储氢密度和转化率等水解性能的影响。结合水解反应性能的结果，建立了制备条件、结构与催化活性的内在关联； (3) 采用Co-B非晶为催化剂，通过实验，系统研究了宽NaBH4浓度范围下，NaBH4浓度和催化剂用量对水解反应动力学的影响，并利用Michaelis-Menten (M-M) 模型对实验结果进行理论分析。研究结果表明：催化剂的用量并不影响NaBH4反应级数，产氢速率与催化剂的用量成正比；水解反应级数与NaBH4浓度有关，当NaBH4浓度较高时，NaBH4的水解反应表现为零级反应，而NaBH4浓度较低时，NaBH4的水解反应表现为一级反应。本实验中，决定一级反应和零级反应的NaBH4临界浓度为0.4 M。将M-M模型引入NaBH4水解动力学的研究，为理解NaBH4催化水解动力学提供了新方法； (4) 热处理是负载型金属催化剂的重要优化步骤，能够有效提高催化剂活性。在对所制备的负载型非贵过渡金属催化剂进行热处理的过程中，发现热处理后的催化剂在首次使用时出现了诱导期现象，诱导期持续时间的长短与热处理温度、气氛及压力紧密相关。但是，当催化剂再次使用时，诱导期彻底消失。利用X射线衍射、扫描电镜、X射线光电子能谱以及同步质谱热分析等多种检测手段对诱导期现象进行系统分析，讨论了诱导期这一特殊现象的影响因素及产生原因。对NaBH4催化水解反应机理进行了初步探索，提出了“吸附氢”观点，将诱导期的出现/消失与“吸附氢”联系起来，为理解催化水解反应机理提供了新思路。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2012-04-10 |
| 页码 | 129 |
| 源URL | [http://ir.imr.ac.cn/handle/321006/17231]  |
| 专题 | 金属研究所_中国科学院金属研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 梁艳. 非贵过渡金属催化剂制备及其对硼氢化钠水解制氢的影响[D]. 金属研究所. 中国科学院金属研究所. 2009. |
入库方式： OAI收割
来源：金属研究所
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