甲酸分解制氢用介孔硅载超细Pd基纳米催化剂研究

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氢能被认为是将来社会从化石能源向可再生能源转变的重要能源载体。然而,储存和运输方面的技术瓶颈依然限制了人们通向“氢能社会”。甲酸(HCOOH,FA)是最简单的有机酸,其含氢量为4.4 wt%,且在室温下为液体,具有无毒和方便储运等优点。更重要的是甲酸可以通过二氧化碳加氢反应进行再生产。制备高效、经济和高稳定性的催化剂以提高甲酸脱氢的动力学和热力学性能,是促进甲酸作为储氢材料实际应用的关键。本论文的研究内容如下:我们采用一步共还原法,制备了氨基功能化SBA-15负载的超细PdIr双金属纳米颗粒。制备的PdIr/SBA-15-NH2纳米催化剂,具有超细的颗粒尺寸(1.1±0.4nm),良好的分散性和丰富的活性位点。实验结果表明,SBA-15-NH2对Pd2+和Ir3+具有吸附作用。通过PdIr电子之间的协同作用,提高了PdIr/SBA-15-NH2纳米催化剂催化甲酸分解制氢的催化性能。在室温并加入甲酸钠的条件下,Pd0.85Ir0.15/SBA-15-NH2纳米催化剂对甲酸(FA)分解表现出100%的氢气选择性和转化率,其初始转换频率(TOF)高达3087 h-1。当温度为328 K时,初始转换频率(TOF)高达8248 h-1。为了降低催化剂的成本,我们引入非贵金属Cr。采用一步共还原法制备了PdCr/SBA-15-NH2纳米催化剂。该催化剂具有超细的颗粒尺寸(1.3±0.4nm),良好的分散性,主要是NH2对金属的吸附作用。经过组分优化的Pd0.8Cr0.2/SBA-15-NH2纳米催化剂,在323 K无添加剂的条件下,实现了甲酸高效分解制氢,初始TOF值为1386 h-1。实验结果表明,其优异的催化性能归因于PdCr金属纳米粒子与SBA-15-NH2之间的强相互作用,和Cr向Pd转移电子,形成了富电子的Pd位点。使用一步共还原法合成了SBA-15-NH2担载的超细PdZr纳米粒子。Pd0.9Zr0.1/SBA-15-NH2纳米催化剂,在室温无添加剂的条件下,对甲酸的分解具有良好的活性,100%的氢气选择性,其初始TOF值为1243 h-1。在318 K时,Pd0.9Zr0.1/SBA-15-NH2纳米催化剂的初始TOF值高达3150 h-1。Pd0.9Zr0.1/SBA-15-NH2纳米催化剂具有良好的循环稳定性,在经过5次循环使用后仍保持着100%氢气选择性和转化率。
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