氨硼烷催化水解制氢综合实验设计

根据物理化学实验教学的需求,设计了氨硼烷催化水解制氢综合探索性实验。采用化学还原法制备了新型镍硼纳米催化剂,将其用于氨硼烷水解催化反应,考察催化剂用量和温度对反应速率的影响,并根据阿雷尼乌斯公式测定反应的活化能。通过探索性操作完成整个实验流程,学生不仅可以掌握催化剂的化学还原法制备技术,还可以强化和巩固利用化学动力学知识分析处理实验数据的能力。

双模板剂合成CO_(2)P纳米片及其催化氨硼烷水解性能的研究

开发一种在温和条件下具有高活性、高选择性的催化剂是实现氨硼烷水解制氢应用的关键。以构建具有P掺杂材料为出发点,以两种不同比例的金属盐作为模板剂,以过渡非贵金属Co为中心金属,合成出制作方法简便、性能优异的催化剂。通过乙酸钴和氨水制备出Co_(3)O_(4)前躯体,将Co_(3)O_(4)前躯体与NaH_(2)PO_(2),NaCl,LiCl混合,在N_(2)气氛下焙烧,然后进行水洗将两种盐模板剂去除,得到纳米片催化剂CO_(2)P-NaLi。试验结果表明,当n(NaCl)∶n(LiCl)=1∶0.15时制备的催化剂CO_(2)P-NaLi_(0.15)催化活性最高,其在298 K、光照条件下催化氨硼烷水解反应的初始转化率(TOF)为31.2 min^(-1),且该催化剂上氨硼烷分解的活化能(E_(a))为60.8 kJ/mol。循环5次后,催化剂依然保持良好活性,表明其拥有良好的稳定性。

层状多孔炭片负载钌催化剂的制备及其催化氨硼烷水解制氢性能研究

本研究以煤沥青为炭材料,氯化钠为模板剂,碳酸钾为活化剂,在氩气气氛下高温煅烧得到载体层状多孔炭片(LPCS),通过浸渍法向其中加入RuCl3金属溶液,将活性组分Ru负载到LPCS载体上合成Ru/LPCS催化剂,并对其催化氨硼烷水解制氢的性能进行了研究。结果表明,Ru/LPCS催化剂中,当煅烧温度为1123 K时,Ru的负载量为2%时,催化剂的反应转化频率(TOF)值最大,此时有光下催化剂的TOF为334.8 min^(-1),是无光照时TOF的1.38倍。在光照下,催化剂的活化能(Ea)从90.60 kJ/mol下降到70.33 kJ/mol。氨硼烷水解制氢速率相对于其浓度的级数为0.75,而相对于催化剂的用量满足于一级动力学关系。

Ni_(0.6)Cu_(0.4)O/NC催化剂的制备及其催化氨硼烷水解制氢性能研究

本研究在氮气气氛下高温碳化Ni/Cu-ZIF前驱体制备了一种含氮炭材料(Ni_(0.6)Cu_(0.4)O/NC)催化剂,并采用多种表征方法对所制备催化剂的微观结构以及组成成分进行了研究。此外,通过控制变量法探究了催化剂的催化性能以及变化规律。研究结果表明,Ni_(0.6)Cu_(0.4)O/NC催化AB水解制氢的活化能(Ea)为56.8 kJ/mol,TOF值高达1572.2 h^(−1)。该催化剂催化AB水解制氢速率对于AB自身浓度可近似看作零级反应,而相对于催化剂的用量可近似看作一级反应。催化剂经过10次循环后仍然保持良好的催化活性,表明其具有良好的稳定性。

Co_(0.5)Cu_(0.5)/CNR催化剂制备及其氨硼烷水解制氢性能研究

以硝酸钴和硝酸铜制备溶液A,苯二甲酸(PTA)和N,N-二甲基甲酰胺(DMF)制备溶液B,两种溶液通过溶剂热法制备Co/Cu拉瓦希尔骨架系列材料(Co/Cu-MIL前驱体),进一步直接碳化前驱体制备出MOFs衍生物,即双金属碳纳米棒(CoxCu_(1-x)/CNR)催化剂。通过SEM、TEM、XRD、XPS等表征手段探究其形貌和组成。结果表明,Co/Cu-MIL经过高温焙烧后成功得到CoxCu_(1-x)/CNR,当x=0.5、溶剂热温度为120℃、焙烧温度为650℃时得到的催化剂催化活性最优,Co_(0.5)Cu_(0.5)/CNR催化剂催化氨硼烷(AB)水解制氢的TOF值为2718.21 h^(-1),反应的活化能为51.64 kJ/mol,且催化剂的循环稳定性较好,在循环10次后催化活性虽然有所下降,但对AB仍然保持100%的转化率。

碳材料在催化氨硼烷水解释氢中的应用

碳材料因其独特的化学和结构特性,在催化领域包括催化氨硼烷水解释氢中有广泛的应用。以碳材料的结构为侧重点,综述了不同维度形态的碳材料在催化氨硼烷水解释氢中的作用,并对其在催化氨硼烷水解释氢中所存在的问题以及今后的发展进行了总结和展望。

Co基催化材料在氨硼烷水解释氢中的应用

从提高Co基催化材料在氨硼烷水解释氢中的催化性能的角度出发,综述了不同类型Co基催化材料在释氢反应中的应用,阐明了Co基催化材料的设计思路以及在反应中的催化作用机制,并对Co基催化材料在催化氨硼烷水解释氢中所存在的问题以及今后的发展进行了总结和展望。

氨硼烷制备的高宽厚比氮化硼纳米片及其形成机理

受限于商业氮化硼(BN)晶体尺寸及BN独特的层间相互作用,传统的剥离法难以实现高宽厚比(>5000)氮化硼纳米片(BNNSs)的制备。以氨硼烷为前驱体,经烧结和分离得到了高宽厚比的BNNSs。通过FTIR,TG,TEM,XRD等手段对BNNSs的组成结构及形成机理进行表征。结果表明:当温度超过80℃时,氨硼烷之间开始交联脱氢,氢气释放使得在交联过程中形成泡沫结构,并最终在1000℃完成无机化,得到含有BNNSs的BN泡沫,其中的膜结构即为BNNSs。所制备的BNNSs为六方晶型结构,厚度约为1.5 nm,宽度约30μm,宽厚比达到20000。将高宽厚比的BNNSs与聚乙烯醇(PVA)复合制备成复合膜,其导热及力学性能相较于小宽厚比BNNSs所制备的复合膜有显著提升,充分说明了高宽厚比BNNSs在BN基复合材料领域的应用优势。

Co_(0.6)Ni_(0.4)/NC催化剂的制备及其催化氨硼烷水解制氢性能研究

为了提高氨硼烷(AB)在温和条件下的水解制氢性能,开发了兼具高活性和高稳定性的催化剂。首先在常温常压下直接搅拌反应物溶液得到沸石咪唑酯骨架材料CoNi-ZIF[金属有机骨架(MOFs)材料的一种],然后高温焙烧CoNi-ZIF前体制得以氮掺杂多孔炭(NC)为载体的Co_(x)Ni_(1-x)/NC(x为Co原子的摩尔分数,0<x<1)催化剂。采用扫描电子显微镜、透射电镜、X射线光电子能谱等一系列手段对Co_(x)Ni_(1-x)/NC催化剂的结构形貌进行表征,并通过改变Co/Ni金属配比、催化剂用量、AB浓度、反应温度等条件探究催化剂对AB水解制氢反应的催化性能。结果表明:Co/Ni摩尔比为6∶4时得到的催化剂Co_(0.6)Ni_(0.4)/NC拥有较大的比表面积;Co_(0.6)Ni_(0.4)/NC的催化活性最优,在温度298K下其催化AB完全水解的时间最短;Co_(0.6)Ni_(0.4)催化AB制氢的反应转化频率为1832.79h^(-1),活化能为64.81 kJ/mol;经10次循环使用,其催化AB完全水解制氢的速率几乎没有变化,循环使用稳定性良好。

PdCo/准NH2-Ce-BDC串联催化氨硼烷脱氢和苯乙炔加氢

催化苯乙炔半加氢制备苯乙烯是优化聚苯乙烯生产的重要过程,而高活性、高选择性加氢催化剂的制备对抑制苯乙炔过度加氢、提高苯乙烯收率具有重要意义。本文设计氨硼烷脱氢与苯乙炔选择性加氢串联,以准NH_(2)-Ce-BDC为载体,负载PdCo纳米粒子为催化剂。XRD、XPS、CO-DRIFTS等结果表明,PdCo催化剂中金属和准NH_(2)-Ce-BDC载体之间具有协同效应,同时PdCo合金化调控了Pd电子状态,缺电子态Pd更有利于对反应底物苯乙炔的吸附。更重要的是,串联反应中氨硼烷原位产氢提高了活性氢传质效率,从而促进了催化反应的进行。

负载型钌催化剂用于氨硼烷水解制氢反应

采用浸渍法将Ru分散在WC-C载体上制备了Ru/WC-C催化剂,测试了其氨硼烷水解制氢反应性能。通过X射线衍射、透射电子显微镜和X射线光电子能谱对催化剂的物相、形貌和表面元素状态进行了表征。结果表明,Ru均匀分散于WC的表面和周围,与WC之间的电子协同效应促进了氨硼烷水解制氢。在298 K,碱性溶液的条件下,氨硼烷水解反应性能与Ru的含量有关,随着Ru含量的增加,产氢时间缩短,Ru的质量分数为2%的2%Ru/WC-C催化剂完全产氢时间为3.5min,其氢气的产氢速率值为573.0min^(-1),反应活化能为45.3kJ·mol^(-1)。其在中性水溶液中氢气的产氢速率值仍高达136.2 min^(-1)。WC-C载体的应用可有效地促进反应过程中水分子的活化,进而改善Ru催化剂的性能,这为开发高效的氨硼烷水解制氢催化剂提供了新途径。

新型碳氮钌基纳米催化剂用于氨硼烷催化水解制氢

由于传统化石能源消耗的增加和环境污染问题的日益严峻,生态可再生能源的应用得到了越来越广泛的关注。在可再生能源中,氢气(H_(2))目前被认为是最有应用前景的能源载体,也是未来能源研究的主要方向。采用模板法,以SBR-15为模板,壳聚糖为载体,RuCl_(3)为前驱物,通过高温焙烧与酸刻蚀成功制备出一种新型高分散碳氮钌基纳米催化剂,并将其用于氨硼烷催化水解制氢。结果表明,碳氮钌基纳米催化剂的活性显著高于传统钌纳米晶催化剂,且重复利用性提升。

负载型贵金属催化剂活化氨硼烷水解制氢研究进展

氨硼烷是一种清洁、高燃烧热值的氢源,因此氨硼烷在氢能领域备受关注,但是因为氨硼烷在水中自发放氢效率低,所以需要催化剂来加速其水解制氢过程。文章主要针对氨硼烷水解制氢负载型贵金属催化剂结构、性质和其水解制氢反应的进展进行了研究,并对氨硼烷的未来发展提出了展望。

氨硼烷合成、表征及金属纳米催化剂水解制氢研究进展

储氢密度高(19.6%)的氨硼烷(AB)是一种很有前途的化学储氢材料,室温下通过催化水解可释放3 mol当量的氢气。氨硼烷在水中放氢速率缓慢,需要开发高活性金属纳米催化剂来加速其水解制氢过程。本研究从氨硼烷结构中特殊的双氢键入手,总结了氨硼烷的合成、表征方法以及水解催化制氢的机理。综述了调节催化剂的物质的量比、改变纳米粒子结构以及增大催化剂比表面积对氨硼烷释氢性能的影响,并对氨硼烷的研究前景进行了展望。

P掺杂CeO_(2)纳米棒负载Co光催化氨硼烷水解产氢

载体光生载流子的分离效率是影响负载型催化剂活性的重要因素。表面工程是调控载体表面结构、提高催化剂光生载流子分离效率的常见方法。以经过次磷酸钠处理后在表面同时形成氧缺陷与P元素掺杂的二氧化铈(P-CeO_(2))为载体,负载非贵金属Co制备催化剂Co P-CeO_(2),该催化剂展示了优异的可见光催化氨硼烷(NH_(3) BH_(3))水解制氢活性。当CeO_(2)与NaH_(2)PO_(2)摩尔比为1.6时(P-CeO_(2)-1.6),Co P-CeO_(2)-1.6水解NH_(3) BH_(3)反应的转化频率(TOF)值为81.83 min^(-1),与Co CeO_(2)相比活性提高了25.5%,并且具有较好的循环活性。系统表征发现,催化剂活性提高的原因是氧缺陷与P元素掺杂的协同作用,载体在可见区的吸收明显拓宽(吸收边为470 nm),带隙变小(2.55 eV),光生载流子分离效率显著提高。本研究不仅设计合成了高效的光催化NH_(3) BH_(3)水解催化剂,同时为利用元素掺杂制备高效光活性催化剂提供借鉴。

Rh/N-GMCs纳米催化剂的制备及其催化氨硼烷水解产氢性能研究

本实验通过高温焙烧三聚氰胺和葡萄糖混合物制备出具有独特层状结构的氮掺杂石墨相炭材料(N-GMCs)。再以N-GMCs为载体采用浸渍-还原法将金属Rh负载到载体表面,最终制得Rh/N-GMCs催化剂。结果表明,Rh与NGMCs之间存在强的金属-载体相互作用,Rh的负载量为0.4%时,反应转化频率(TOF)值达到峰值,此时0.4%Rh/NGMCs催化剂的TOF为645.3 min^(-1),该催化剂上氨硼烷水解的活化能(Ea)为54.0 kJ/mol,氨硼烷脱氢速率随氨硼烷浓度和催化剂浓度呈现正相关,该催化剂循环10次之后,催化活性未明显下降,表明该催化剂具有较好的循环稳定性。

氨硼烷水解制氢催化剂的研究进展

近年来,氢能已成为全球公认的清洁能源之一,氢能的高效利用有利于缓解能源短缺和环境污染等问题。在适当的催化剂作用下可以实现氨硼烷(NH3BH3,AB)水解反应的可控放氢,其因具有反应条件温和、环境友好等特点而备受关注,选择高活性的催化剂是提高氨硼烷水解制氢效率的关键。本文介绍了氨硼烷的结构、性质及合成方法,综述了氨硼烷水解制氢催化剂的最新研究进展,介绍了催化剂的分类及特点,指出了该领域中面临的挑战和未来研发重点。

稻壳基碳材料负载钌催化剂的制备及其对氨硼烷水解制氢的催化性能

本研究采用简单的浸渍还原法,在N_(2)气氛下高温焙烧三聚氰胺和稻壳来制备氮掺杂稻壳活性炭载体(N-RHC),再采用RuCl_(3)溶液通过浸渍法将活性组分Ru负载到N-RHC载体上,得到Ru/N-RHC催化剂,探究了其对氨硼烷制氢的催化性能。结果表明,Ru负载量为5%(质量分数)的Ru/N-RHC催化剂具有较好的氨硼烷制氢催化性能,反应转化频率(TOF)达83.71 min^(-1),在光的照射下,该催化剂上氨硼烷水解的活化能从88.9 kJ/mol降到64.9 kJ/mol,且制氢速率与氨硼烷浓度以及催化剂浓度呈现正相关。

竹茹丝炭负载钌催化剂光催化氨硼烷水解产氢研究

为了制备高效、低成本的氨硼烷制氢催化剂,以竹茹丝为原料,采用直接煅烧法得到竹茹丝炭材料(BSC),再以BSC为载体通过浸渍-还原法将金属Ru负载到载体表面,制备出层状结构的Ru/BSC催化剂。通过各种表征方法对催化剂的结构组成和形貌进行了分析并探究了光与非光、金属负载量、催化剂用量、氨硼烷浓度、温度等条件对氨硼烷水解产氢的影响。结果表明,Ru与BSC之间存在金属-载体相互作用,1.0%Ru/BSC催化剂在可见光照射下催化氨硼烷水解产氢性能明显优于非光条件,氨硼烷水解产氢速率与Ru/BSC催化剂用量成正比,与氨硼烷浓度无关。计算得到1.0%Ru/BSC在298 K时光催化反应的转化频率(TOF)为446.4 min^(-1)、活化能为64.0 kJ/mol。因此,该研究为制备高效且低成本的催化剂提供了新的思路。

离子液体调控合成Pt-Pd双金属纳米材料及其催化氨硼烷水解释氢

在离子液体溴化1-十四烷基-3-甲基咪唑([C14mim]Br)的调控下,以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为稳定剂,在90℃水溶液中一步制备出双金属Pt-Pd纳米材料。通过透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、高角度环形暗场扫描透射电镜(HAADF-STEM)、X射线能谱(EDS)、X射线衍射仪(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)等对产物的形貌、结构、组成和价态等进行了详细的表征分析。结果表明,除了纯Pd样品,其它比例的Pt-Pd纳米材料均具有多孔结构。离子液体对多孔Pt-Pd纳米材料的调控起到了重要作用,对于[Cnmim]Br离子液体,当烷基侧链长≥C12时,有利于形成多孔的Pd@Pt核壳球形结构。在氨硼烷水解释氢实验中,不同比例的Pt-Pd双金属纳米材料均表现出优于商用Pd/C的催化活性。其中,Pt3Pd7纳米材料具有最优的催化性能,催化过程在6 min内完成,产氢率高达100%。氨硼烷水解释氢的活化能(Ea)为36.15 kJ/mol,周转频率(TOF)为35.72 mol/(mol·min)。循环5次反应仅需51 min,产率仍能达到100%,表明该催化剂具有较高的催化活性和稳定性。